KR102105588B1 - Fuel cell seperator comprising embossing structre for uniform distribution of gas and fuel cell stack comprising thereof - Google Patents

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손영준
김승곤
오환영
이원용
신동원
박구곤
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임성대
박석희
양태현
김창수
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a separation plate for a high temperature polymer electrolyte film fuel cell comprises: a first inlet unit for receiving a first reaction gas; a first outlet unit for discharging the first reaction gas; a first reaction surface located between the first inlet unit and the first outlet unit; a second inlet unit for receiving a second reaction gas; a second outlet unit for discharging the second reaction gas; and a second reaction surface located between the second inlet unit and the second outlet unit, wherein the first reaction surface includes a plurality of first linear channels through which the first reaction gas flows, and a first branch unit for uniformly branching the first reaction gas to the first linear channels from the first inlet unit through a plurality of protrusions each having a long shape in a direction orthogonal to the first linear channels may be arranged between the first inlet unit and the first reaction surface.

Description

균일한 가스 분배를 위한 박판 기반 엠보싱 구조를 포함하는 연료 전지 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지 스택{FUEL CELL SEPERATOR COMPRISING EMBOSSING STRUCTRE FOR UNIFORM DISTRIBUTION OF GAS AND FUEL CELL STACK COMPRISING THEREOF}FUEL CELL SEPERATOR COMPRISING EMBOSSING STRUCTRE FOR UNIFORM DISTRIBUTION OF GAS AND FUEL CELL STACK COMPRISING THEREOF}

아래의 설명은 균일한 가스 분배를 위한 박판 기반 엠보싱 구조를 포함하는 연료 전지 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.The following description relates to a fuel cell separator including a thin plate-based embossing structure for uniform gas distribution and a fuel cell including the same.

연료 전지는 고효율, 친환경, 높은 출력밀도 등과 같은 장점을 가지고 있어 유망한 미래 청정 에너지기술로 많은 관심을 받고 있다. 기존의 저온 고분자 전해질 막 연료 전지(Low-Temperature Polymer electrolyte membrane fuel cell, LT-PEMFC)가 상용화 어려움을 겪고 있는 원인은 여러 가지가 있다. 저온 고분자 전해질 막 연료 전지를 운전하기 위해서는 가습기, 수분 트랩 등과 같은 물 관리 시스템이 필요하다. 또한 연료 공급의 어려움 및 특정 불순물의 농도가 낮은 수소를 사용해야 하는 단점이 있으며, 저온 고분자 전해질 막 연료 전지의 운전을 통해 얻을 수 있는 열은 배열온도가 낮아 사용 목적이 제한적이다. 저온 고분자 전해질 막 연료 전지의 대안으로 고온 고분자 전해질 막 연료 전지(HT-PEMFC)의 연구가 활발히 진행 되고 있다. 고온 고분자 전해질 막 연료 전지는 인산이 도핑된 폴리벤즈이미다졸(polybenzimidazole, PBI)계 전해질 막을 사용하여 별도의 가습 없이 운전이 가능하며, 연료 전지 운전을 통해 발생하는 물이 증기 형태로 발생하기 때문에 별도의 수분트랩이 필요하지 않다. 또한 고온 고분자 전해질 막 연료 전지를 150 ~ 180℃의 운전 온도에서 CO의 피독으로 인한 막 전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)의 성능저하 현상이 현저히 감소하여 CO농도 3%까지 내성을 가지게 된다. 이러한 현상으로 인해 수소개질과정에서 CO제거공정을 최소화 할 수 있다. 또한 100℃에 가까운 높은 배열온도를 얻을 수 있어 열에너지의 활용도가 높다.Fuel cells have the advantages of high efficiency, eco-friendliness, high power density, etc., and are attracting much attention as a promising future clean energy technology. There are a number of reasons why the existing low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (LT-PEMFC) suffers from commercialization difficulties. In order to operate the low temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, a water management system such as a humidifier and a moisture trap is required. In addition, there is a difficulty in supplying fuel and the disadvantage of using hydrogen having a low concentration of certain impurities, and the heat obtained through the operation of a low temperature polymer electrolyte membrane fuel cell has a low array temperature, so its use is limited. As an alternative to the low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, research on a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC) has been actively conducted. The high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell can be operated without additional humidification using a polybenzimidazole (PBI) -based electrolyte membrane doped with phosphoric acid, and water generated through the operation of the fuel cell is generated in vapor form. No moisture trap is required. In addition, the performance degradation of the membrane electrode assembly (MEA) due to poisoning of CO at a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell at an operating temperature of 150 to 180 ° C. is significantly reduced, resulting in resistance to CO concentration of 3%. Due to this phenomenon, it is possible to minimize the CO removal process in the water introduction process. In addition, it is possible to obtain a high array temperature close to 100 ° C, which makes the utilization of thermal energy high.

하지만 고온 고분자 전해질 막 연료 전지는 아직 많은 기술 개발이 필요하다. 이론적으로 높은 전기화학 반응 속도를 갖으나 실제 개발된 고온 고분자 전해질 막 연료 전지의 성능은 저온 고분자 전해질 막 연료 전지의 성능에 다소 미치지 못한다. 또한 인산노출 및 고온의 가혹한 운전 조건으로 인해 내구성이 취약하며 수명이 짧은 단점이 있다. However, high temperature polymer electrolyte membrane fuel cells still require a lot of technology development. In theory, it has a high electrochemical reaction rate, but the performance of the actually developed high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell is somewhat less than that of the low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell. In addition, due to the exposure to phosphoric acid and harsh operating conditions at high temperatures, durability is weak and short life span.

예를 들면, 고온의 운전 조건 하에서 연료 전지의 일부에 파손이 생기면, 냉매가 막 전극 접합체(MEA)로 침투됨으로써, 연료 전지 스택의 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택의 냉매로 사용되는 오일은 물에 비하여 높은 점성을 가지므로, 오일이 순환 경로 상에서 높은 차압을 일으키게 되고, 이 또한 연료 전지의 파손을 일으키는 문제점이 되어 왔다. 또한, 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택의 경우, 저온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택에 비하여 내부의 온도 편차가 심하기 때문에, 온도 관리에 따라 연료 전지 스택의 성능, 열화 정도 및 수명이 크게 달라지는 문제점이 있었다. For example, when a part of the fuel cell is damaged under high-temperature operating conditions, the coolant penetrates into the membrane electrode assembly (MEA), thereby deteriorating the performance of the fuel cell stack. In addition, since the oil used as a refrigerant in the high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack has a higher viscosity than water, the oil causes a high pressure differential on the circulation path, and this has also been a problem that causes damage to the fuel cell. In addition, in the case of the high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack, since the internal temperature variation is more severe than that of the low-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack, there is a problem in that performance, deterioration degree, and lifetime of the fuel cell stack vary greatly depending on temperature management.

또한, 고온 고분자 전해질 막 연료 전지(HT-PEMFC)의 상용화에 가장 걸림돌이 되는 부분은 역설적으로 높은 온도의 열이다. 고온 고분자 전해질 막 연료 전지의 열 분포를 살펴보면 상대적으로 스택 중앙부의 온도가 높은 편이며 국부적으로 높은 발열이 일어나는 구간이 생기는 현상을 자주 발견할 수 있다. 이는 전기화학 반응에 의해 생성된 열이 빠져나가지 못하고 축적되어 일어나는 현상으로써 막 전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA)를 비롯한 스택 부품들의 열화 및 내구성 저하를 일으키는 주요 원인이 된다.In addition, the most obstacle to the commercialization of the high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell (HT-PEMFC) is paradoxically high temperature heat. When looking at the heat distribution of the high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, it is possible to frequently find a phenomenon in which the temperature at the center of the stack is relatively high and a region in which high heat is generated locally occurs. This is a phenomenon that occurs because heat generated by the electrochemical reaction does not escape and accumulates, which is a major cause of deterioration and durability degradation of stacked components, including membrane electrode assemblies (MEAs).

실시 예의 목적은 박판형의 얇은 분리판을 사용하여 연료 전지 스택의 전체 부피를 감소시킴으로써, 독립형 냉각판에 의한 냉각 효과를 향상시키고, 간단한 구조를 갖는 채널을 제공함으로써 가공성이 뛰어나면서도 가스가 균일하게 분배될 수 있는 구조를 갖는 분리판 및 이를 포함하는 연료 전지 스택을 제공하는 것이다.The purpose of the embodiment is to reduce the overall volume of the fuel cell stack by using a thin plate-shaped thin separator, improve the cooling effect by a stand-alone cooling plate, and provide a channel with a simple structure, while providing excellent processability and uniform distribution of gas. It is to provide a separation plate having a structure that can be and a fuel cell stack including the same.

일 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판은, 제 1 반응 기체를 유입받는 제 1 유입부와, 제 1 반응 기체를 토출하는 제 1 토출부와, 제 1 유입부 및 제 1 토출부 사이에 위치하는 제 1 반응면과, 제 2 반응 기체를 유입받는 제 2 유입부와, 제 2 반응 기체를 토출하는 제 2 토출부와, 제 2 유입부 및 제 2 토출부 사이에 위치하는 제 2 반응면을 포함하고, 상기 제 1 반응면은 상기 제 1 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 1 직선형 채널을 포함하고, 상기 제 1 유입부 및 제 1 반응면 사이에는, 각각 상기 제 1 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 돌기를 통하여, 상기 제 1 반응 기체를 상기 제 1 유입부로부터 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 균일하게 분지시키는 제 1 분지부가 배치될 수 있다. The separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell according to an embodiment includes a first inlet portion receiving a first reaction gas, a first discharge portion discharging the first reaction gas, a first inlet portion and a first discharge portion A first reaction surface located between, a second inlet receiving a second reaction gas, a second discharge part for discharging the second reaction gas, and a second agent located between the second inlet part and the second discharge part 2 including a reaction surface, the first reaction surface includes a plurality of first linear channels through which the first reaction gas flows, and between the first inlet and the first reaction surface, each of the first linear channels A first branching portion for uniformly branching the first reaction gas from the first inlet to the plurality of first straight channels may be disposed through a plurality of protrusions having a long shape in an orthogonal direction to.

상기 제 1 분지부는, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 제 1 유입부에 인접하게 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 포트측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 포트측 돌기; 및 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 제 1 포트측 돌기보다 상기 제 1 반응면에 인접하게 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 채널측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 채널측 돌기를 포함하고, 상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기의 각각의 길이는 그에 가장 인접한 제 1 포트측 돌기의 길이보다 짧을 수 있다. The first branch part is formed adjacent to the first inlet part based on the longitudinal direction of the first straight channel, and is spaced apart in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel, thereby providing a plurality of first ports. A plurality of first port side protrusions forming a side gap; And a first reaction surface formed closer to the first reaction surface than the first port-side protrusion based on the lengthwise direction of the first linear channel, and spaced apart in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first linear channel. It includes a plurality of first channel-side protrusions forming a channel-side gap, and each length of the plurality of first channel-side protrusions may be shorter than the length of the first port-side protrusion adjacent thereto.

상기 복수 개의 제 1 채널측 갭의 폭은 일정할 수 있다.The width of the plurality of first channel side gaps may be constant.

상기 복수 개의 제 1 포트측 돌기의 길이는, 상기 제 1 유입부의 중심으로부터 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다. The length of the plurality of first port-side protrusions may decrease as the distance from the center of the first inlet portion to a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first linear channel increases.

상기 복수 개의 제 1 포트측 갭의 폭은, 상기 제 1 유입부의 중심으로부터 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다. The width of the plurality of first port-side gaps may decrease as the distance from the center of the first inlet portion to a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first linear channel increases.

상기 제 1 분지부는, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 복수 개의 제 1 포트측 돌기 및 상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기 사이에 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 중간측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 중간측 돌기를 더 포함하고, 상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기의 각각의 길이는 그에 인접한 제 1 포트측 돌기의 길이보다 짧을 수 있다. The first branch portion is formed between the plurality of first port-side protrusions and the plurality of first channel-side protrusions based on the longitudinal direction of the first linear channel, and is perpendicular to the longitudinal direction of the first linear channel. Further comprising a plurality of first intermediate-side protrusions spaced apart in one direction to form a plurality of first intermediate-side gaps, each length of the plurality of first intermediate-side protrusions is a length of a first port-side protrusion adjacent thereto. It can be shorter.

상기 복수 개의 제 1 포트측 갭, 복수 개의 제 1 중간측 갭 및 복수 개의 제 1 채널측 갭의 개수는 상기 제 1 유입부로부터 상기 제 1 반응면을 향하여 갈수록 순차적으로 증가할 수 있다. The number of the plurality of first port-side gaps, the plurality of first intermediate-side gaps, and the plurality of first channel-side gaps may increase sequentially from the first inlet toward the first reaction surface.

상기 복수 개의 제 1 중간측 갭의 각각의 폭은, 그에 가장 인접한 제 1 포트측 갭의 폭보다 작고, 그에 가장 인접한 제 1 채널측 갭의 폭보다 클 수 있다. The width of each of the plurality of first intermediate-side gaps may be smaller than the width of the first port-side gap closest thereto and larger than the width of the first channel-side gap closest thereto.

상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기는, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 포트측 갭을 완전히 오버랩하는 제 1 메인 중간측 돌기; 및 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 포트측 돌기에 완전히 오버랩되는 제 1 서브 중간측 돌기를 포함할 수 있다. The plurality of first middle side protrusions may include: a first main middle side protrusion completely overlapping a gap adjacent to the first port when viewed in a longitudinal direction of the first straight channel; And a first sub-middle side protrusion that completely overlaps the adjacent first port side protrusion when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel.

상기 제 1 메인 중간측 돌기의 길이보다 상기 제 1 서브 중간측 돌기의 길이가 짧을 수 있다. The length of the first sub middle side protrusion may be shorter than the length of the first main middle side protrusion.

상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기는, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 중간측 갭을 완전히 오버랩하는 제 1 메인 채널측 돌기; 및 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 중간측 돌기에 완전히 오버랩되는 제 1 서브 채널측 돌기를 포함할 수 있다. The plurality of first channel-side protrusions may include: a first main channel-side protrusion that completely overlaps a first intermediate side gap when viewed in a longitudinal direction of the first straight channel; And a first sub-channel-side protrusion completely overlapping the adjacent first intermediate-side protrusion when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel.

상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때, 상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기 중 어느 하나의 제 1 중간측 돌기에, 적어도 2 이상의 제 1 서브 채널측 돌기가 오버랩될 수 있다. When looking in the longitudinal direction of the first straight channel, at least two or more first sub-channel-side protrusions may overlap with any one of the plurality of first intermediate-side protrusions.

상기 제 1 유입부는, 상기 제 1 반응 기체가 다수의 갈래로 나뉘어 상기 제 1 분지부로 유동되게 하는 복수 개의 제 1 유입측 돌기를 포함할 수 있다.The first inlet portion may include a plurality of first inlet side protrusions that allow the first reaction gas to be divided into a plurality of forks and flow to the first branch portion.

상기 제 2 반응면은 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널과 평행하고, 상기 제 2 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 2 직선형 채널을 포함하고, 상기 제 2 유입부 및 제 2 반응면 사이에는, 각각 상기 제 2 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 돌기를 통하여, 상기 제 2 반응 기체를 상기 제 2 유입부로부터 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 균일하게 분지시키는 제 2 분지부가 배치되고, 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널은 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않고, 상기 제 1 분지부의 복수 개의 돌기 및 상기 제 2 분지부의 복수 개의 돌기는 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않을 수 있다. The second reaction surface is parallel to the plurality of first straight channels, and includes a plurality of second straight channels through which the second reaction gas flows, between the second inlet and the second reaction surface, respectively A second branch is arranged to uniformly branch the second reaction gas from the second inlet to the plurality of second straight channels through a plurality of projections having a long shape in a direction orthogonal to the second straight channel. , The plurality of first straight channels and the plurality of second straight channels do not overlap each other in the thickness direction of the separation plate, and the plurality of protrusions of the first branch portion and the plurality of protrusions of the second branch portion are The separation plates may not overlap each other in the thickness direction.

상기 제 1 반응 기체는 공기이고, 상기 제 2 반응 기체는 수소이고, 상기 공기가 유동하는 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 폭은, 상기 수소가 유동하는 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 폭보다 클 수 있다. The first reaction gas is air, the second reaction gas is hydrogen, and the width of the plurality of first linear channels through which the air flows is greater than the width of the plurality of second linear channels through which the hydrogen flows. You can.

상기 제 1 반응 기체는 공기이고, 상기 제 2 반응 기체는 수소이고, 상기 제 1 유입부로부터 상기 제 1 분지부의 복수 개의 돌기 중 가장 가까운 돌기까지의 거리는, 상기 제 2 유입부로부터 상기 제 2 분지부의 복수 개의 돌기 중 가장 가까운 돌기까지의 거리보다 가까울 수 있다. The first reaction gas is air, the second reaction gas is hydrogen, and the distance from the first inlet to the closest of the plurality of protrusions of the first branch is the second to the second inlet. It may be closer than the distance to the closest protrusion among the plurality of protrusions of the branch.

일 실시 예에 따르면 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택은, 복수 개의 분리판과, 복수 개의 분리판 사이에 각각 배치되는 복수 개의 막 전극 접합체를 포함하는 복수 개의 셀 유닛; 및 상기 복수 개의 셀 유닛의 상면에 각각 배치되는 복수 개의 제 1 독립형 냉각판과, 상기 복수 개의 셀 유닛의 하면에 각각 배치되는 복수 개의 제 2 독립형 냉각판을 포함하는 냉각 어셈블리를 포함하고, 상기 복수 개의 분리판은 각각, 복수 개의 제 1 직선형 채널을 구비하는 제 1 반응면; 상기 제 1 반응면에 반대편 면에 위치하고, 복수 개의 제 2 직선형 채널을 구비하는 제 2 반응면; 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동하도록 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 돌기; 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 제 2 반응 기체가 균일하게 유동하도록 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 형성되고, 상기 제 2 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 돌기를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack includes: a plurality of cell units including a plurality of separator plates and a plurality of membrane electrode assemblies respectively disposed between the plurality of separator plates; And a plurality of first independent cooling plates disposed on upper surfaces of the plurality of cell units, and a plurality of second independent cooling plates disposed on lower surfaces of the plurality of cell units, and the plurality of cooling units. Each of the separation plates includes a first reaction surface having a plurality of first straight channels; A second reaction surface located on the opposite side to the first reaction surface and having a plurality of second straight channels; It is formed on the inlet or outlet of the plurality of first linear channels so that a first reaction gas flows uniformly to the plurality of first linear channels, and has a plurality of elongated shapes in a direction orthogonal to the first linear channel. First projection; And a plurality of second straight channels formed in the inlet or outlet of the plurality of second straight channels so that the second reaction gas flows uniformly, and having a long shape in a direction orthogonal to the second straight channels. It may include a second projection of the dog.

일 실시 예에 따르면 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판을 제조하는 방법은, 박판을 준비하는 단계; 박판의 중앙부에, 복수 개의 평행한 제 1 직선형 채널을 포함하는 제 1 반응면을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동하도록, 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 상기 제 1 직선형 채널에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell includes preparing a thin plate; Forming a first reaction surface including a plurality of parallel first straight channels in a central portion of the thin plate; And a plurality of agents having an elongated shape in a direction orthogonal to the first linear channel at an inlet or outlet of the plurality of first linear channels so that a first reaction gas flows uniformly to the plurality of first linear channels. It may include the step of forming a protrusion.

상기 방법은, 상기 제 1 반응면의 반대편 면에, 복수 개의 평행한 제 2 직선형 채널을 포함하는 제 2 반응면을 형성하는 단계; 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 제 2 반응 기체가 균일하게 유동하도록, 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 상기 제 2 직선형 채널에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 돌기를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method includes forming a second reaction surface including a plurality of parallel second straight channels on a surface opposite to the first reaction surface; And a plurality of agents having an elongated shape in a direction orthogonal to the second linear channel at an inlet or outlet of the plurality of second linear channels so that a second reaction gas flows uniformly to the plurality of second linear channels. 2 may further include forming a protrusion.

상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 돌기는, 박판을 일 방향으로 가압함으로써 동시에 형성되고, 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 1 돌기는, 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 돌기와 서로 중첩되지 않는 위치에서, 상기 박판을 상기 일 방향의 반대 방향으로 가압함으로써 동시에 형성될 수 있다. The plurality of first linear channels and the plurality of second protrusions are formed simultaneously by pressing the thin plate in one direction, and the plurality of second linear channels and the plurality of first protrusions are the plurality of first linear channels And at positions where the plurality of second protrusions do not overlap each other, the thin plates may be simultaneously formed by pressing in the opposite direction of the one direction.

상기 박판을 준비하는 단계는, 탄소 소재에 에폭시 계열의 수지를 함침시켜 형성된 전도성을 갖는 복합 탄소 소재를 이용할 수 있다.In preparing the thin plate, a composite carbon material having conductivity formed by impregnating an epoxy-based resin with a carbon material may be used.

일 실시 예에 따르면 1개의 박판에 엠보싱 구조를 이용하여 박판의 양면으로 2종의 반응 기체(수소 및 공기)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수 있다.According to one embodiment, a channel through which two kinds of reaction gases (hydrogen and air) can flow may be formed on both sides of the thin plate by using an embossing structure on one thin plate.

일 실시 예에 따르면, 반응면에 복잡한 형상의 사형 채널(meandering channel) 대신, 서로 평행한 복수 개의 직선형 채널(straight channel)을 배치하여 반응 기체의 입구 및 출구 사이의 차압을 줄여줄 수 있다.According to an embodiment, instead of a complex shaped meandering channel on the reaction surface, a plurality of straight channels parallel to each other may be arranged to reduce the differential pressure between the inlet and the outlet of the reaction gas.

일 실시 예에 따르면, 직선형 채널 및 그에 수직한 복수 개의 막대 형상을 이용하여 분배 구조 형성함으로써, 분리판의 가공성을 향상시킬 수 있다. 결과적으로, 일 실시 예에 따르면, 가공성에 제약이 없는 금속 박판 뿐만 아니라, 가공성이 좋지 않은 카본 박판을 이용하여 분리판을 제작할 수 있다. According to one embodiment, by forming a distribution structure using a straight channel and a plurality of rod shapes perpendicular to it, it is possible to improve the workability of the separator. As a result, according to an embodiment, the separation plate may be manufactured using not only a metal thin plate having no restrictions on processability, but also a carbon thin plate having poor processability.

일 실시 예에 따르면, 복수 개의 막대 형상의 길이 및 위치를 통해 가스를 균일하게 유동시킬 수 있다.According to one embodiment, the gas may be uniformly flowed through the length and position of the plurality of rod shapes.

일 실시 예에 따르면, 분리판의 두께를 얇게 함으로써, 복수 개의 분리판마다 1개의 독립형 냉각판을 이용하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지에 있어서, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment, by reducing the thickness of the separator, in a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell using one independent cooling plate for each of the plurality of separators, cooling efficiency may be improved.

일 실시 예에 따르면, 현재 주택 및 건물용 연료 전지의 경우 부식에 취약하여 수명이 짧은 금속 분리판 대신 두꺼운 카본 분리판을 사용하고 있으나, 이를 카본 기반 박판 분리판으로 대체할 수 있으므로, 연료 전지 스택 및 시스템 소형화와 생산 단가 절감에 획기적 효과가 기대된다.According to one embodiment, in the case of a fuel cell for a house and a building, a thick carbon separator is used instead of a metal separator having a short life because it is vulnerable to corrosion. And it is expected to have a significant effect on system miniaturization and production cost reduction.

도 1은 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택의 정면도이다.
도 2는 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택을 구성하는 지지 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택을 구성하는 셀 유닛 및 냉각판을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 엔드 플레이트의 상면도이다.
도 5는 실시 예에 따른 제 1 독립형 냉각판의 상면도이다.
도 6은 실시 예에 따른 제 2 독립형 냉각판의 상면도이다.
도 7은 실시 예에 따른 셀 유닛을 분해한 모습을 나타내는 도면이다.
도 8은 실시 예에 따른 분리판의 캐소드 채널쪽 면을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시 예에 따른 분리판의 애노드 채널쪽 면을 나타내는 도면이다.
도 10a는 도 8의 부분 확대도이다.
도 10b는 도 10a의 절개선 I-I를 따라 절개한 단면도이다.
도 11a는 도 9의 부분 확대도이다.
도 11b는 도 11a의 절개선 II-II를 따라 절개한 단면도이다.
도 12는 실시 예에 따른 분리판의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 실시 예에 따른 프레싱 단계를 나타내는 순서도이다.
1 is a front view of a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack according to an embodiment.
2 is a view showing a support assembly constituting a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack according to an embodiment.
3 is a view showing a cell unit and a cooling plate constituting a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack according to an embodiment.
4 is a top view of an end plate according to an embodiment.
5 is a top view of a first standalone cooling plate according to an embodiment.
6 is a top view of a second independent cooling plate according to an embodiment.
7 is a view showing a disassembled cell unit according to an embodiment.
8 is a view showing the surface of the cathode channel side of the separator according to the embodiment.
9 is a view showing the surface of the anode channel side of the separator according to the embodiment.
10A is a partially enlarged view of FIG. 8.
10B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. 10A.
11A is a partially enlarged view of FIG. 9.
11B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 11A.
12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a separator according to an embodiment.
13 is a flowchart illustrating a pressing step according to an embodiment.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in any one embodiment and components including a common function will be described using the same name in other embodiments. Unless there is an objection to the contrary, the description described in any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapped range.

도 1은 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택의 정면도이고, 도 2는 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택을 구성하는 지지 어셈블리를 나타내는 도면이고, 도 3은 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택을 구성하는 셀 유닛 및 냉각판을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 A부분 중 클램핑 바(112)를 생략한 도면이다.1 is a front view of a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack according to an embodiment, FIG. 2 is a view showing a support assembly constituting a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack according to an embodiment, and FIG. 3 is a high temperature according to an embodiment This is a view showing a cell unit and a cooling plate constituting the polymer electrolyte membrane fuel cell stack. FIG. 3 is a view in which the clamping bar 112 is omitted from part A of FIG. 1.

도 4는 실시 예에 따른 엔드 플레이트의 상면도이고, 도 5는 실시 예에 따른 제 1 독립형 냉각판의 상면도이고, 도 6은 실시 예에 따른 제 2 독립형 냉각판의 상면도이다. 4 is a top view of an end plate according to an embodiment, FIG. 5 is a top view of a first independent cooling plate according to an embodiment, and FIG. 6 is a top view of a second independent cooling plate according to an embodiment.

도 7은 실시 예에 따른 셀 유닛을 분해한 모습을 나타내는 도면이다. 7 is a view showing a disassembled cell unit according to an embodiment.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 실시 예에 따른 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택(10, 이하, "고온 PEMFC 스택"이라고 함)은, 지지 어셈블리(11), 셀 유닛(12), 냉각 어셈블리(13) 및 생산된 전류를 외부로 제공하기 위한 전류 집전체(14)를 포함할 수 있다.1 to 7, a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack (hereinafter referred to as “high temperature PEMFC stack”) according to an embodiment includes a support assembly 11, a cell unit 12, and a cooling assembly ( 13) and a current collector 14 to provide the produced current to the outside.

지지 어셈블리(11)는, 복수 개의 셀 유닛(12) 및 냉각 어셈블리(13)를 지지할 수 있다. 지지 어셈블리(11)는, 엔드 플레이트(110), 미들 엔드 플레이트(111), 클램핑 바(112) 및 릴리프 스프링(113)을 포함할 수 있다. The support assembly 11 can support the plurality of cell units 12 and the cooling assembly 13. The support assembly 11 may include an end plate 110, a middle end plate 111, a clamping bar 112 and a relief spring 113.

엔드 플레이트(110)는, 고온 PEMFC 스택(10)의 양 단부에 각각 체결되는 판으로써, 2개의 엔드 플레이트(110) 사이에 배치되는 다른 구성들을 가압할 수 있다. 엔드 플레이트(110)는, 제 1 냉각판(131)으로 유입되는 냉매를 안내하기 위한 제 1 냉매 유입 통로(132)가 통과하는 제 1 냉매 유입 포트(1102)와, 제 1 냉각판(131)으로부터 토출되는 냉매를 안내하기 위한 제 1 냉매 토출 통로(133)가 통과하는 제 1 냉매 토출 포트(1103)와, 제 2 냉각판(134)으로 유입되는 냉매를 안내하기 위한 제 2 냉매 유입 통로(135)가 통과하는 제 2 냉매 유입 포트(1105)와, 제 2 냉각판(134)으로부터 토출되는 냉매를 안내하기 위한 제 2 냉매 토출 통로(136)가 통과하는 제 2 냉매 토출 포트(1106)와, 셀 유닛(12)으로 유입되는 수소를 안내하기 위한 애노드 유입 포트(A_in)와, 셀 유닛(12)으로 유입되는 공기를 안내하기 위한 캐소드 유입 포트(C_in)와, 셀 유닛(12)으로부터 토출되는 수소를 안내하기 위한 애노드 토출 포트(A_out)와, 셀 유닛(12)으로부터 토출되는 공기를 안내하기 위한 캐소드 토출 포트(C_out)와, 클램핑 바(112)가 관통되는 클램핑 홀(h)을 포함할 수 있다. The end plates 110 are plates that are fastened to both ends of the high-temperature PEMFC stack 10, and can press other components disposed between the two end plates 110. The end plate 110 includes a first refrigerant inlet port 1102 through which a first refrigerant inlet passage 132 for guiding refrigerant flowing into the first cooling plate 131 passes, and a first cooling plate 131. The first refrigerant discharge port 1103 through which the first refrigerant discharge passage 133 for guiding the refrigerant discharged from passes, and the second refrigerant inlet passage for guiding the refrigerant flowing into the second cooling plate 134 ( A second refrigerant discharge port 1106 through which a second refrigerant discharge passage 136 for guiding refrigerant discharged from the second cooling plate 134 passes, and a second refrigerant inlet port 1105 through which 135 passes. , Anode inlet port (A_in) for guiding hydrogen flowing into the cell unit 12, cathode inlet port (C_in) for guiding air flowing into the cell unit 12, and discharged from the cell unit 12 The anode discharge port (A_out) for guiding the hydrogen to be discharged, and discharged from the cell unit 12 May comprise a cathode discharge port (C_out) and a clamping bar clamping hole (h) is 112, for guiding the air to pass therethrough.

엔드 플레이트(110)는 예를 들어, 최적의 공간 활용성을 위하여 사각형의 형상을 가질 수 있다. 이 경우 엔드 플레이트(110)의 어느 한 변에 제 1 냉매 유입 포트(1102) 및 제 1 냉매 토출 포트(1103)가 형성되고, 다른 한 변에 제 2 냉매 유입 포트(1105) 및 제 2 냉매 토출 포트(1106)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 냉매 유입 포트(1102) 및 제 1 냉매 토출 포트(1103)는, 제 2 냉매 유입 포트(1105) 및 제 2 냉매 토출 포트(1106)와 서로 마주보는 변에 배치될 수 있다. The end plate 110 may have a rectangular shape, for example, for optimal space utilization. In this case, a first refrigerant inlet port 1102 and a first refrigerant discharge port 1103 are formed on one side of the end plate 110, and the second refrigerant inlet port 1105 and the second refrigerant are discharged on the other side. Port 1106 may be formed. For example, the first refrigerant inlet port 1102 and the first refrigerant outlet port 1103 may be disposed on sides facing the second refrigerant inlet port 1105 and the second refrigerant outlet port 1106. .

복수 개의 클램핑 홀(h)은 엔드 플레이트(110)의 테두리를 따라서 이격 배치될 수 있다. 클램핑 홀(h)은, 예를 들어, 엔드 플레이트(110)의 모서리 부분마다 1개씩 배치되고, 모서리 사이에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. The plurality of clamping holes h may be spaced apart along the edge of the end plate 110. The clamping hole h is, for example, one for each corner of the end plate 110, and may be disposed at least one between the corners.

미들 엔드 플레이트(111)는, 2개의 엔드 플레이트(110)의 중앙부에 배치되는 판으로써, 고정력을 보다 향상시킬 수 있다. 고온 PEMFC 스택(10)은 고온에서 운전되는 특성상, 저온 PEMFC 스택에 비하여 열팽창의 정도가 크다. 따라서, 셀 유닛(12)을 구성하는 분리판이 열팽창에 의해 파손될 위험성이 높아지게 된다. 위와 같은 문제점을 방지하기 위하여 분리판의 두께를 증가시킬 수 있다. 한편, 분리판이 두꺼워지게 되면 단순히 2개의 엔드 플레이트(110) 만으로 고정하기에 무리가 있으므로, 추가적으로 중앙에 미들 엔드 플레이트(111)를 삽입함으로써, 고정력을 향상시킬 수 있다. The middle end plate 111 is a plate disposed at the center of the two end plates 110, and thus the fixing force can be further improved. The high-temperature PEMFC stack 10 has a greater degree of thermal expansion than the low-temperature PEMFC stack due to the characteristics of operating at a high temperature. Therefore, the risk that the separator constituting the cell unit 12 is damaged by thermal expansion increases. In order to prevent the above problems, the thickness of the separator may be increased. On the other hand, if the separation plate becomes thick, it is difficult to fix it with only two end plates 110, and by further inserting the middle end plate 111 in the center, the fixing force can be improved.

클램핑 바(112)는, 2개의 엔드 플레이트(110) 사이에 체결되거나, 각각의 엔드 플레이트(110) 및 미들 엔드 플레이트(111) 사이에 체결됨으로써, 2개의 엔드 플레이트(110) 사이에 위치한 구성들을 고정시킬 수 있다. 클램핑 바(112)는, 2개의 엔드 플레이트(110) 사이에 위치한 구성들의 적어도 일부를 관통하도록 배치되어, 해당 구성들을 올바르게 정렬시킬 수 있다. The clamping bar 112 is fastened between two end plates 110, or fastened between each end plate 110 and the middle end plate 111, whereby the components located between the two end plates 110 Can be fixed. The clamping bar 112 is arranged to penetrate at least some of the components located between the two end plates 110, so that the components can be correctly aligned.

릴리프 스프링(113)은, 클램핑 바(112)의 끝 부분에 구비되어, 2개의 엔드 플레이트(110) 또는, 각각의 엔드 플레이트(110) 및 미들 엔드 플레이트(111) 사이에 위치한 구성들에 압력을 가할 수 있다. 릴리프 스프링(113)의 위치 및 길이를 조절함으로써, 셀 유닛(12)을 구성하는 분리판에 일정한 압력 분포가 가해지도록 할 수 있다. The relief spring 113 is provided at the end of the clamping bar 112 to apply pressure to the two end plates 110 or configurations located between each end plate 110 and the middle end plate 111. Can be applied. By adjusting the position and length of the relief spring 113, a constant pressure distribution can be applied to the separation plate constituting the cell unit 12.

각각의 셀 유닛(12)은, 복수 개의 분리판(S)과, 복수 개의 분리판(S) 사이에 각각 배치되는 복수 개의 막 전극 접합체(M)와, 각각의 막 전극 접합체(M)의 양면에 배치되는 가스켓(G1, G2)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 셀 유닛(12)은, 5개의 분리판(S)과, 인접한 한 쌍의 분리판(S) 사이 마다 위치하는 가스켓(G1, G2) 및 막 전극 접합체(M)를 포함할 수 있다. 실시 예에서 셀 유닛(12)은, 2개의 냉각판(131, 134) 사이에 위치한 분리판(S) 등의 집합체인 것으로 이해될 수 있다. 셀 유닛(12)은, 상하 방향으로 복수 개 적층될 수 있다. 셀 유닛(12)의 개수에 따라서, 전체 고온 PEMFC 스택(10)의 출력이 결정될 수 있다. Each cell unit 12 includes a plurality of separator plates S, a plurality of membrane electrode assemblies M respectively disposed between the plurality of separator plates S, and both surfaces of each membrane electrode assembly M. It may include a gasket (G1, G2) disposed in. For example, the cell unit 12 may include five separation plates S and gaskets G1 and G2 and a membrane electrode assembly M positioned between each pair of adjacent separation plates S. have. In an embodiment, the cell unit 12 may be understood to be an aggregate such as a separation plate S located between two cooling plates 131 and 134. A plurality of cell units 12 may be stacked in the vertical direction. Depending on the number of cell units 12, the output of the entire high temperature PEMFC stack 10 can be determined.

셀 유닛(12)을 구성하는 각각의 분리판(S)은, 공기가 유동되는 캐소드 채널이 형성되는 제 1 면(S1, 도 8 참조)과, 수소가 유동되는 애노드 채널이 형성되는 제 2 면(S2, 도 9 참조)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 면(S1) 및 제 2 면(S2)는 박판의 양면에 해당하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 각각의 분리판(S)은 냉매가 유동되는 냉매 채널을 포함하지 않을 수 있다. 후술하는 바와 같이 셀 유닛(12)에 냉매 채널을 형성되는 대신 독립형 냉각판을 이용한 냉각 어셈블리(13)를 통하여 냉각 기능을 수행할 수 있다. 한편, 제 1 면(S1) 및 제 2 면(S2)에는 후술하는 바와 같이 각각의 면에 대응하는 제 1 가스켓(G1) 및 제 2 가스켓(G2)이 배치되고, 제 1 가스켓(G1) 및 제 2 가스켓(G2) 사이에 막 전극 접합체(M)가 배치될 수 있다.Each of the separating plates S constituting the cell unit 12 includes a first surface on which a cathode channel through which air flows (S1, see FIG. 8) and a second surface on which an anode channel through which hydrogen flows is formed. (S2, see FIG. 9). Here, it can be understood that the first surface S1 and the second surface S2 correspond to both surfaces of the thin plate. In addition, each separation plate S may not include a refrigerant channel through which the refrigerant flows. As described below, the cooling function may be performed through the cooling assembly 13 using the independent cooling plate instead of forming the refrigerant channel in the cell unit 12. Meanwhile, a first gasket G1 and a second gasket G2 corresponding to each surface are disposed on the first surface S1 and the second surface S2, and the first gasket G1 and A membrane electrode assembly M may be disposed between the second gaskets G2.

냉각 어셈블리(13)는, 고온 PEMFC 스택(10)에서 발생되는 열을 제거하기 위한 것으로, 외부 매니폴드 방식으로 냉매를 유동시킴으로써, 셀 유닛(12)에서 발생되는 열을 제거할 수 있다. 셀 유닛(12)을 구성하는 분리판의 두께를 고려하여, 전체 스택(10)이 지나치게 두꺼워지지 않도록, 각각의 분리판 사이마다 냉각판을 삽입하는 대신, 복수 개의 분리판으로 구성되는 셀 유닛(12)의 상면 및 하면에 각각 냉각판(131, 134)을 삽입할 수 있다. The cooling assembly 13 is for removing heat generated in the high-temperature PEMFC stack 10, and can remove heat generated in the cell unit 12 by flowing the refrigerant in an external manifold method. In consideration of the thickness of the separation plate constituting the cell unit 12, instead of inserting a cooling plate between each separation plate so that the entire stack 10 is not too thick, a cell unit composed of a plurality of separation plates ( Cooling plates 131 and 134 may be inserted into the upper and lower surfaces of 12), respectively.

냉각 어셈블리(13)는, 복수 개의 셀 유닛(12)의 상면에 각각 배치되는 복수 개의 제 1 독립형 냉각판(131)과, 복수 개의 제 1 독립형 냉각판(131)으로 각각 유입되는 냉매를 안내하는 제 1 냉매 유입 통로(132)와, 복수 개의 제 1 독립형 냉각판(131)으로부터 각각 토출되는 냉매를 안내하는 제 1 냉매 토출 통로(133)와, 복수 개의 셀 유닛(12)의 하면에 각각 배치되는 복수 개의 제 2 독립형 냉각판(134)과, 복수 개의 제 2 독립형 냉각판(134)으로 각각 유입되는 냉매를 안내하는 제 2 냉매 유입 통로(135)와, 복수 개의 제 2 독립형 냉각판(134)으로부터 각각 토출되는 냉매를 안내하는 제 2 냉매 토출 통로(136)를 포함할 수 있다. The cooling assembly 13 guides a plurality of first independent cooling plates 131 and a plurality of first independent cooling plates 131 respectively disposed on the upper surfaces of the plurality of cell units 12. The first refrigerant inflow passage 132, the first refrigerant discharge passage 133 for guiding refrigerant discharged from the plurality of first independent cooling plates 131, and the lower surfaces of the plurality of cell units 12, respectively A plurality of second independent cooling plates 134, a second refrigerant inflow passage 135 for guiding refrigerant flowing into the plurality of second independent cooling plates 134, and a plurality of second independent cooling plates 134 ) May include a second refrigerant discharge passage 136 for guiding refrigerant discharged from each.

제 1 독립형 냉각판(131) 및 제 2 독립형 냉각판(134) 각각의 재질은, 셀 유닛(12)의 재질보다 강도가 높은 금속 재질, 예를 들면, SUS금속으로 형성될 수 있다. 이 경우, 기존의 냉각판에 비하여 기계적인 강도가 높아지므로, 고온의 운전 조건 하에서도 냉각판이 파손되는 문제를 방지할 수 있다. Each material of the first independent cooling plate 131 and the second independent cooling plate 134 may be formed of a metal material having a higher strength than the material of the cell unit 12, for example, SUS metal. In this case, since the mechanical strength is higher than that of the existing cooling plate, it is possible to prevent the problem that the cooling plate is damaged even under high temperature operating conditions.

기존의 경우, 분리판의 내부에 일체로 냉각 채널을 형성함으로써 내부 매니폴드형 냉각 구조를 갖도록 하였으나, 고온의 운전조건으로 인하여 냉각 채널이 파손되면서, 냉매가 누출되어 성능을 저하시키는 문제점이 있었다. 또 한편, 분리판으로는, 다공성 매질 및 다공성 매질을 메우는 엔지니어링 플라스틱의 혼합물로 이루어진 흑연판을 사용할 수 있다. 이 경우 저온 PEMFC 스택에서는 표면 장력이 높은 물을 냉매로 사용하므로 크게 문제되지 않으나, 고온 PEMFC 스택에서는 냉매로 비등점이 높은 오일을 사용하므로, 오일의 높은 온도 및 낮은 표면 장력으로 인하여 이종 재질로 이루어진 분리판 자체의 내부로 오일이 침투하여 스며드는 현상이 발생하므로 성능이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 그러나 실시 예와 같이 셀 유닛(12)을 구성하는 각각의 분리판이 냉매 채널을 포함하지 않도록 외부 매니폴드형 냉각 방식을 갖추고, 기계적 강도가 높은 금속 재질로 이루어진 독립형 냉각판을 이용하면, 분리판의 파손 가능성을 현저히 낮출 수 있으며, 또한, 만약 파손되더라도 직접적으로 분리판으로 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있으므로, 내구성이 월등하게 향상될 수 있다. In the conventional case, an internal manifold-type cooling structure is formed by integrally forming a cooling channel in the interior of the separation plate, but the cooling channel is damaged due to high temperature operating conditions, thereby leaking refrigerant and deteriorating performance. On the other hand, as the separator, a graphite plate made of a mixture of a porous medium and engineering plastics filling the porous medium may be used. In this case, the low-temperature PEMFC stack is not a problem because it uses water with a high surface tension as a refrigerant, but the high-temperature PEMFC stack uses oil with a high boiling point as a refrigerant, so it is separated from different materials due to the high temperature and low surface tension of the oil. There was a problem in that performance was greatly deteriorated because oil penetrated into the inside of the plate itself and soaked. However, as shown in the embodiment, if each of the separators constituting the cell unit 12 is provided with an external manifold type cooling method so as not to include a refrigerant channel, and using an independent cooling plate made of a metal material having high mechanical strength, The possibility of breakage can be significantly lowered, and even if it breaks, the refrigerant can be prevented from directly flowing into the separator, so that durability can be significantly improved.

한편, 냉각판(131, 134) 및 셀 유닛(12)이 서로 다른 재질로 구성될 경우, 같은 재질로 구성되는 경우와 비교할 때에, 양 표면 사이에 접촉 저항이 크므로, 접촉 저항을 감소시키기 위하여, 냉각판(131, 134) 및 셀 유닛(12) 사이에 완충 레이어를 삽입할 수 있다. 즉, 실시 예에 따른 고온 PEMFC 스택(10)은, 제 1 독립형 냉각판(131) 및 셀 유닛(12)의 상면 사이에 배치되는 제 1 완충 레이어와, 제 2 독립형 냉각판(134) 및 셀 유닛(12)의 하면 사이에 배치되는 제 2 완충 레이어를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 완충 레이어 및 제 2 완충 레이어는, 전도성이 높고, 유연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. On the other hand, when the cooling plates 131 and 134 and the cell unit 12 are made of different materials, as compared with the case of being made of the same material, since the contact resistance between both surfaces is large, in order to reduce the contact resistance , A buffer layer may be inserted between the cooling plates 131 and 134 and the cell unit 12. That is, the high-temperature PEMFC stack 10 according to the embodiment, the first independent cooling plate 131 and the first buffer layer disposed between the upper surface of the cell unit 12, the second independent cooling plate 134 and the cell A second buffer layer disposed between the lower surfaces of the unit 12 may be further included. Here, the first buffer layer and the second buffer layer may be made of a material having high conductivity and flexibility.

예를 들어, 완충 레이어는, 기체확산층(GDL), 미세다공층(MPL)이 적층된 기체확산층(GDL), 그라포일 및 메탈 폼으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나의 재질로 형성될 수 있다. For example, the buffer layer may be formed of one material selected from the group consisting of a gas diffusion layer (GDL), a gas diffusion layer (GDL) on which a microporous layer (MPL) is stacked, a graphene and a metal foam.

가스확산층(gas diffusion layer, GDL)은 탄소섬유로 이루어진 탄소종이(carbon paper)나 탄소 천(carbon cloth)등과 같은 다기공성 탄소 기재로 형성될 수 있다. 가스확산층은, 우수한 전기 전도성과 기공 구조를 가지고 있어 분리판과의 접촉 저항을 낮출 수 있다. The gas diffusion layer (GDL) may be formed of a porous carbon substrate such as carbon paper or carbon cloth made of carbon fibers. The gas diffusion layer has excellent electrical conductivity and pore structure, so that contact resistance with the separator can be reduced.

또한, 기체확산층에, 마이크론 크기의 전도성 탄소 입자로 이루어진 슬러리를 도포 후 건조한 속칭 미세다공층(micro porous layer, MPL)을 적층한 형태로도 제조될 수도 있다. 이를 통해 도전성이 향상될 수 있다. In addition, the gas diffusion layer may be prepared in a form of laminating a dry porous microporous layer (MPL) after applying a slurry made of conductive carbon particles having a micron size. Through this, conductivity can be improved.

그라포일(grafoil)은, 카본이 재료인 전도성 씰링 물질이다. The grafoil is a conductive sealing material made of carbon.

메탈 폼은, 예를 들면, 메탈 소재의 가는 선재로 구성된 부피감이 있는 부재로써, 신축성이 있는 전도성 제품을 의미한다. The metal foam is, for example, a bulky member composed of a thin wire made of a metal material, and refers to an elastic conductive product.

제 1 독립형 냉각판(131)은, 제 1 냉매 유입 통로(132) 및 제 1 냉매 토출 통로(133)와 각각 연결되며, 제 1 독립형 냉각판(131)의 내부에 형성된 냉매 채널과 연통되는 제 1 냉매 유입 포트(1312) 및 제 1 냉매 토출 포트(1313)를 포함할 수 있다. 하나의 제 1 냉매 유입 통로(132)를 통하여 유입되는 냉매는 복수 개의 제 1 독립형 냉각판(131)에 형성된 각각의 제 1 냉매 유입 포트(1312)로 분지 유입되고, 각각의 제 1 독립형 냉각판(131)의 내부를 유동하면서 셀 유닛(12)에서 발생된 열을 제거하고, 각각의 제 1 냉매 토출 포트(1313)를 통하여 하나의 제 1 냉매 토출 통로(133)로 토출될 수 있다. The first independent cooling plate 131 is connected to the first refrigerant inlet passage 132 and the first refrigerant discharge passage 133, respectively, and is in communication with a refrigerant channel formed inside the first independent cooling plate 131. One refrigerant inlet port 1312 and a first refrigerant outlet port 1313 may be included. The refrigerant flowing through one first refrigerant inlet passage 132 is branched into each of the first refrigerant inlet ports 1312 formed in the plurality of first independent cooling plates 131, and each of the first independent cooling plates The heat generated in the cell unit 12 may be removed while flowing inside 131, and discharged to one first refrigerant discharge passage 133 through each first refrigerant discharge port 1313.

제 1 독립형 냉각판(131)은, 예를 들어, 셀 유닛(12)의 적층 방향을 기준으로 셀 유닛(12)과 오버랩되지 않는 제 1 돌출부를 포함할 수 있다. 그리고 제 1 냉매 유입 포트(1312) 및 제 1 냉매 토출 포트(1313)는 제 1 돌출부에 형성될 수 있다. The first stand-alone cooling plate 131 may include, for example, a first protrusion that does not overlap with the cell unit 12 based on the stacking direction of the cell unit 12. In addition, the first refrigerant inlet port 1312 and the first refrigerant discharge port 1313 may be formed in the first protrusion.

제 2 독립형 냉각판(134)은, 제 2 냉매 유입 통로(135) 및 제 2 냉매 토출 통로(136)와 각각 연결되며, 제 2 독립형 냉각판(134)의 내부에 형성된 냉매 채널과 연통되는 제 2 냉매 유입 포트(1345) 및 제 2 냉매 토출 포트(1346)를 포함할 수 있다. 하나의 제 2 냉매 유입 통로(135)를 통하여 유입되는 냉매는 복수 개의 제 2 독립형 냉각판(134)에 형성된 각각의 제 2 냉매 유입 포트(1345)로 분지 유입되고, 각각의 제 2 독립형 냉각판(134)의 내부를 유동하면서 셀 유닛(12)에서 발생된 열을 제거하고, 각각의 제 2 냉매 토출 포트(1346)를 통하여 하나의 제 2 냉매 토출 통로(136)로 토출될 수 있다. The second independent cooling plate 134 is connected to the second refrigerant inlet passage 135 and the second refrigerant discharge passage 136, respectively, and is in communication with a refrigerant channel formed inside the second independent cooling plate 134. A second refrigerant inlet port 1345 and a second refrigerant outlet port 1346 may be included. The refrigerant flowing through one second refrigerant inlet passage 135 is branched into each second refrigerant inlet port 1345 formed in the plurality of second independent cooling plates 134, and each of the second independent cooling plates The heat generated in the cell unit 12 may be removed while flowing inside 134 and discharged into one second refrigerant discharge passage 136 through each second refrigerant discharge port 1346.

제 2 독립형 냉각판(134)은, 예를 들어, 셀 유닛(12)의 적층 방향을 기준으로 셀 유닛(12)과 오버랩되지 않는 제 2 돌출부를 포함할 수 있다. 그리고 제 2 냉매 유입 포트(1345) 및 제 2 냉매 토출 포트(1346)는 제 2 돌출부에 형성될 수 있다. 한편, 제 2 돌출부는, 셀 유닛(12)의 적층 방향을 기준으로 제 1 돌출부와 서로 오버랩되지 않을 수 있다. The second stand-alone cooling plate 134 may include, for example, a second protrusion that does not overlap with the cell unit 12 based on the stacking direction of the cell unit 12. In addition, the second refrigerant inlet port 1345 and the second refrigerant discharge port 1346 may be formed in the second protrusion. Meanwhile, the second protrusion may not overlap with the first protrusion based on the stacking direction of the cell unit 12.

제 1 냉매 유입 통로(132), 제 1 냉매 토출 통로(133), 제 2 냉매 유입 통로(135) 및 제 2 냉매 토출 통로(136)는, 복수 개의 셀 유닛(12)의 적층 방향을 따라서 길게 배치될 수 있다. 제 2 냉매 유입 통로(135) 및 제 2 냉매 토출 통로(136)는, 제 1 냉매 유입 통로(132) 및 제 1 냉매 토출 통로(133)의 반대편에 배치될 수 있다. The first refrigerant inflow passage 132, the first refrigerant discharge passage 133, the second refrigerant inflow passage 135, and the second refrigerant discharge passage 136 are elongated along the stacking direction of the plurality of cell units 12. Can be deployed. The second refrigerant inflow passage 135 and the second refrigerant discharge passage 136 may be disposed on opposite sides of the first refrigerant inflow passage 132 and the first refrigerant discharge passage 133.

위와 같은 4개의 외부 매니폴드형 냉각 구조에 의하면, 서로 반대편에서 각각 지그재그 형태로 냉매가 유동하면서 셀 유닛(12)을 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉매 유입 통로 및 냉매 토출 통로를 각각 복수 개로 설치함으로써, 냉매 유입 통로 및 냉매 토출 통로가 각각 1개씩인 경우에 비하여, 냉매의 유동성을 향상시킬 수 있다. 이상 냉매 유입 통로 및 냉매 토출 통로가 각각 2개씩인 경우를 예시로 하였으나, 3개 이상씩인 경우도 본 발명의 범위에 포함됨을 밝혀둔다. According to the four external manifold-type cooling structures as described above, the cell units 12 can be cooled while the refrigerant flows in the zigzag form from opposite sides of each other. In addition, by providing a plurality of refrigerant inflow passages and refrigerant discharge passages, respectively, it is possible to improve the fluidity of the refrigerant, compared to the case where the refrigerant inflow passage and the refrigerant discharge passage are each one. It has been exemplified that there are two or more refrigerant inflow passages and refrigerant discharge passages, respectively, but it is revealed that cases of three or more refrigerants are also included in the scope of the present invention.

도 8은 실시 예에 따른 분리판의 캐소드 채널쪽 면을 나타내는 도면이고, 도 9는 실시 예에 따른 분리판의 애노드 채널쪽 면을 나타내는 도면이다.8 is a view showing the surface of the cathode channel of the separator according to the embodiment, and FIG. 9 is a view showing the surface of the anode channel of the separator according to the embodiment.

도 8 및 도 9를 참조하면, 실시 예에 따른 분리판(S)은 제 1 면(S1, 캐소드 채널쪽 면) 및 제 2 면(S2, 애노드 채널쪽 면)을 포함할 수 있다. 도 8 및 도 9 등에 도시된 것처럼 도 제 1 면(S1) 및 제 2 면(S2)으로는 각각 공기 및 수소가 유동될 수 있다. 다만 이는 일 예시에 불과하며, 도시된 것과 반대로 제 1 면(S1)으로 수소가 유동되고, 제 2 면(S2)으로 공기가 유동되는 것도 가능하다. 공기 및 수소 중 어느 하나의 기체를 "제 1 반응 기체"라고 하고, 다른 하나의 기체를 "제 2 반응 기체"라고 할 수 있다. 8 and 9, the separation plate S according to the embodiment may include a first surface (S1, cathode channel side surface) and a second surface (S2, anode channel side surface). 8 and 9, air and hydrogen may be flowed to the first surface S1 and the second surface S2, respectively. However, this is only an example, and as illustrated, hydrogen flows to the first surface S1 and air flows to the second surface S2. The gas of either air or hydrogen may be referred to as the “first reaction gas”, and the other gas may be referred to as the “second reaction gas”.

제 1 면(S1)은, 제 1 반응 기체를 유입받는 제 1 유입부(21)와, 제 1 반응 기체를 토출하는 제 1 토출부(22)와, 제 1 유입부(21) 및 제 1 토출부(22) 사이에 위치하는 제 1 반응면(23)과, 제 1 유입부(21) 및 제 1 반응면(23) 사이에 위치하는 제 1 분지부(24)와, 제 1 반응면(23) 및 제 1 토출부(22) 사이에 위치하는 제 1 합류부(25)를 포함할 수 있다.The first surface S1 includes a first inlet portion 21 for receiving a first reaction gas, a first discharge portion 22 for discharging the first reaction gas, a first inlet portion 21 and a first The first reaction surface 23 positioned between the discharge parts 22, the first branch part 24 positioned between the first inflow part 21 and the first reaction surface 23, and the first reaction surface It may include a first confluence portion 25 located between the 23 and the first discharge portion (22).

제 1 반응면(23)은 제 1 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b, 도 10a 참조)을 포함할 수 있다. 직선형 채널(231b)의 구조에 의하면, 연료 전지 스택의 차압을 낮게 유지할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같은 제 1 분지부(24) 및 제 1 합류부(25)에 형성되는 돌기 구조를 통하여, 중앙부로부터 먼 쪽의 직선형 채널(231b)까지 균일하게 반응 기체를 유동시킬 수 있다. 또한, 고온 고분자 전해질 막 연료 전지의 구동 온도는 100도 이상으로 채널 내 생성된 물이 증발하기 때문에 직선형 채널(231b)의 단점인 블락 현상이 일어나지 않게 된다. 따라서, 실시 예에 따르면 전체 분리판(S)의 길이가 직선형 채널(231b)의 길이 방향을 따라서 길게 형성된 구조 뿐만 아니라, 전체 분리판(S)이 정사각형 비율의 구조를 갖는 경우에도 반응 기체를 균일하게 유동시킬 수 있는 장점을 갖게 된다.The first reaction surface 23 may include a plurality of first straight channels 231b through which the first reaction gas flows (see FIG. 10A). According to the structure of the straight channel 231b, the differential pressure of the fuel cell stack can be kept low. In addition, the reaction gas can be uniformly flowed to the straight channel 231b on the far side from the central portion through the protrusion structure formed in the first branch portion 24 and the first confluence portion 25 as described later. In addition, the driving temperature of the high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell is 100 degrees or more, so that water generated in the channel evaporates, so that a blocking phenomenon, which is a disadvantage of the straight channel 231b, does not occur. Therefore, according to the embodiment, not only the structure in which the length of the entire separation plate S is elongated along the length direction of the straight channel 231b, but also the reaction gas is uniform even when the entire separation plate S has a structure having a square ratio. It has the advantage of being able to flow smoothly.

제 1 분지부(24)는, 각각 제 1 반응면(23)의 제 1 직선형 채널(231b)에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 분지측 돌기(241a, 242a, 243a, 도 10a 참조)를 구비하고, 제 1 반응 기체를 제 1 유입부(21)로부터 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b)로 균일하게 분지시킬 수 있다. The first branch portion 24 has a plurality of first branch-side protrusions 241a, 242a, 243a, and FIG. 10A each having a long shape in a direction orthogonal to the first straight channel 231b of the first reaction surface 23 Reference), it is possible to uniformly branch the first reaction gas from the first inlet 21 to a plurality of first straight channels (231b).

제 1 합류부(25)는, 각각 제 1 반응면(23)의 제 1 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 합류측 돌기를 구비하고, 제 1 반응 기체를 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b)로부터 제 1 토출부(22)로 균일하게 합류시킬 수 있다. 결과적으로 제 1 합류부(25)에 형성된 복수 개의 돌기 구조는, 제 1 반응면(23) 상으로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동하도록 도움을 줄 수 있다. 제 1 합류부(25)는, 제 1 반응면(23)을 기준으로 제 1 분지부(24)에 대칭되는 형상을 가질 수 있다. 제 1 분지측 돌기(241a, 242a, 243a) 및 제 1 합류측 돌기를 통칭하여 "제 1 돌기"라고 할 수도 있다. 다시 말하면, 복수 개의 제 1 돌기는 제 1 직선형 채널(231b)의 입구부 및/또는 출구부에 형성될 수 있다. 이하 반대되는 기재가 없는 이상 제 1 분지부(24)에 대한 설명은 제 1 합류부(25)에도 적용될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. The first confluence unit 25 includes a plurality of first confluence-side protrusions each having a long shape in a direction orthogonal to the first straight channel of the first reaction surface 23, and the first reaction gas is a plurality of agents. It can be uniformly joined from the 1st straight channel 231b to the 1st discharge part 22. As a result, the plurality of protrusion structures formed in the first confluence portion 25 may help the first reaction gas to flow uniformly on the first reaction surface 23. The first confluence portion 25 may have a shape symmetrical to the first branch portion 24 with respect to the first reaction surface 23. The first branch-side protrusions 241a, 242a, and 243a and the first confluence-side protrusion may be collectively referred to as a "first protrusion". In other words, the plurality of first protrusions may be formed at the inlet part and / or the outlet part of the first straight channel 231b. Hereinafter, the description of the first branch portion 24 may be applied to the first confluence portion 25 as long as there is no objection to the contrary, and a duplicate description will be omitted.

제 2 면(S2)은, 제 1 면(S1)과 마찬가지로, 제 2 반응 기체를 유입받는 제 2 유입부(31)와, 제 2 반응 기체를 토출하는 제 2 토출부(32)와, 제 2 유입부(31) 및 제 2 토출부(32) 사이에 위치하는 제 2 반응면(33)과, 제 2 유입부(31) 및 제 2 반응면(33) 사이에 위치하는 제 2 분지부(34)와, 제 2 반응면(33) 및 제 2 토출부(32) 사이에 위치하는 제 2 합류부(35)를 포함할 수 있다. The second surface (S2), like the first surface (S1), the second inlet 31 for receiving the second reaction gas, the second discharge unit 32 for discharging the second reaction gas, and the second 2 A second reaction surface 33 positioned between the inlet part 31 and the second discharge part 32, and a second branch part positioned between the second inlet part 31 and the second reaction surface 33 34 and a second confluence portion 35 positioned between the second reaction surface 33 and the second discharge portion 32.

제 2 반응면(33)은 제 1 반응면(23)에 반대편 면에 위치하고, 제 2 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 2 직선형 채널(331b, 도 11a 참조)을 포함할 수 있다. 제 2 직선형 채널(331b)은 제 1 직선형 채널(231b)과 평행할 수 있다. The second reaction surface 33 is located on a surface opposite to the first reaction surface 23 and may include a plurality of second straight channels 331b (see FIG. 11A) through which the second reaction gas flows. The second straight channel 331b may be parallel to the first straight channel 231b.

제 2 분지부(34) 및 제 2 합류부(25)는 제 2 직선형 채널(331b)에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 분지측 돌기(341a, 342a, 343a, 도 11a 참조) 및 제 2 합류측 돌기를 구비할 수 있다. 제 2 분지측 돌기(341a, 342a, 343a) 및 제 2 합류측 돌기를 통칭하여 "제 2 돌기"라고 할 수도 있다. 다시 말하면, 복수 개의 제 2 돌기는 제 2 직선형 채널(331b)의 입구부 및/또는 출구부에 형성될 수 있다.The second branch portion 34 and the second confluence portion 25 have a plurality of second branch-side protrusions 341a, 342a, 343a, and FIG. 11A having a long shape in a direction orthogonal to the second straight channel 331b. And a second confluence-side protrusion. The second branch-side protrusions 341a, 342a, and 343a and the second confluence-side protrusion may be collectively referred to as a "second protrusion". In other words, the plurality of second protrusions may be formed at the inlet part and / or the outlet part of the second straight channel 331b.

반대되는 기재가 없는 이상 제 1 면(S1)에 대한 설명은 제 2 면(S2)에도 적용될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Description of the first surface (S1) can be applied to the second surface (S2) as long as there is no objection to the contrary, duplicate description will be omitted.

도 10a는 도 8의 부분 확대도이고, 도 10b는 도 10a의 절개선 I-I를 따라 절개한 단면도이다.FIG. 10A is a partially enlarged view of FIG. 8, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line I-I of FIG. 10A.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제 1 유입부(21)는, 제 1 유입측 돌기(211a) 및 제 1 유입측 홈(211b)을 포함할 수 있다. 제 1 유입측 돌기(211a)는, 제 1 유입 포트(C_in)로 유입된 제 1 반응 기체가 다수의 갈래로 나뉘어 제 1 분지부(24)로 유동되게 할 수 있다. 10A and 10B, the first inlet portion 21 may include a first inlet side protrusion 211a and a first inlet side groove 211b. The first inlet side protrusion 211a may allow the first reaction gas introduced into the first inlet port C_in to be divided into a plurality of forks and flow to the first branch portion 24.

제 1 분지부(24)는, 복수 개의 돌기(241a, 242a, 243a)와, 복수 개의 홈(241b, 242b, 243b)과, 복수 개의 갭(246, 247, 248)을 포함할 수 있다. The first branch portion 24 may include a plurality of protrusions 241a, 242a, and 243a, a plurality of grooves 241b, 242b, and 243b, and a plurality of gaps 246, 247, and 248.

제 1 포트측 돌기(241a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향을 기준으로 제 1 유입부(21)에 인접하게 형성될 수 있다. 복수 개의 제 1 포트측 돌기(241a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 포트측 갭(246)을 형성할 수 있다. 도 10a에 도시되는 바와 같이, 복수 개의 제 1 포트측 돌기(241a)의 길이는, 제 1 유입부(21)의 중심으로부터 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다. The first port-side protrusion 241a may be formed adjacent to the first inlet portion 21 based on the longitudinal direction of the first straight channel 231b. The plurality of first port-side protrusions 241a may be spaced apart in a line along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel 231b to form a plurality of first port-side gaps 246. As shown in FIG. 10A, the length of the plurality of first port-side protrusions 241a increases as the distance from the center of the first inlet portion 21 becomes perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel 231b. Can decrease.

이와 같은 구조에 의하면, 제 1 유입부(21)로부터 가까이 위치한 제 1 직선형 채널(231b)으로 제 1 반응 기체가 더 많이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 돌기 구조를 통하여, 제 1 유입부(21)로부터 모든 제 1 직선형 채널(231b)까지의 거리가 대략 동일하게 설계하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 제 1 직선형 채널(231b)이 제 1 유입부(21)에 가까이 위치할 수록, 제 1 유입부(21)로부터 해당 제 1 직선형 채널(231b)까지의 유동 경로를 증가시킴으로써, 결과적으로 모든 제 1 직선형 채널(231b)으로 유입되는 제 1 반응 기체의 유량을 균일하게 할 수 있다. According to this structure, it is possible to prevent the first reaction gas from being introduced into the first straight channel 231b located closer to the first inlet 21. For example, through such a protruding structure, it is possible to design approximately the same distance from the first inlet 21 to all the first straight channels 231b. In other words, as the first straight channel 231b is positioned closer to the first inlet 21, the flow path from the first inlet 21 to the corresponding first straight channel 231b is increased, resulting in The flow rate of the first reaction gas flowing into all the first straight channels 231b can be made uniform.

한편, 도 10a에 도시되는 바와 같이 복수 개의 제 1 포트측 갭(246)의 폭은, 제 1 유입부(21)의 중심으로부터 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 상대적으로 제 1 유입부(21)로부터 멀리 위치하는 제 1 직선형 채널(231b)으로 유입되는 제 1 반응 기체의 압력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제 1 유입부(21) 및 제 1 토출부(22) 사이의 차압의 불균형에 의하여, 제 1 반응 기체가 바깥 쪽 채널에 정체되는 문제를 방지할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 10A, the widths of the plurality of first port-side gaps 246 may be distant from the center of the first inlet 21 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel 231b. May decrease. According to this structure, it is possible to increase the pressure of the first reaction gas flowing into the first straight channel 231b positioned relatively far from the first inlet 21. Therefore, it is possible to prevent a problem in which the first reaction gas stagnates in the outer channel due to the imbalance of the differential pressure between the first inlet portion 21 and the first discharge portion 22.

제 1 채널측 돌기(243a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향을 기준으로 제 1 포트측 돌기(241a)보다 제 1 반응면(23)에 인접하게 형성될 수 있다. 복수 개의 제 1 채널측 돌기(243a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 채널측 갭(248)을 형성할 수 있다. 여기서, 복수 개의 제 1 채널측 돌기(243a)의 각각의 길이는 그에 가장 인접한 제 1 포트측 돌기(241a)의 길이보다 짧을 수 있다. 또한, 복수 개의 제 1 채널측 갭(248)의 폭은 일정할 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 반응 기체가 제 1 반응면(23) 상에서 균일하게 유동될 수 있다. The first channel-side protrusion 243a may be formed closer to the first reaction surface 23 than the first port-side protrusion 241a based on the longitudinal direction of the first straight channel 231b. The plurality of first channel-side protrusions 243a may be spaced apart in a line along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel 231b to form a plurality of first channel-side gaps 248. Here, the length of each of the plurality of first channel-side protrusions 243a may be shorter than the length of the first port-side protrusion 241a closest thereto. Further, the width of the plurality of first channel side gaps 248 may be constant. According to such a structure, the first reaction gas can be uniformly flowed on the first reaction surface 23.

제 1 중간측 돌기(242a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향을 기준으로 복수 개의 제 1 포트측 돌기(241a) 및 복수 개의 제 1 채널측 돌기(243a) 사이에 형성될 수 있다. 복수 개의 제 1 중간측 돌기(242a)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 중간측 갭(247)을 형성할 수 있다. 여기서, 복수 개의 제 1 중간측 돌기(242a)의 각각의 길이는 그에 인접한 제 1 포트측 돌기(241a)의 길이보다 짧을 수 있다.The first intermediate-side protrusion 242a may be formed between the plurality of first port-side protrusions 241a and the plurality of first channel-side protrusions 243a based on the longitudinal direction of the first straight channel 231b. . The plurality of first intermediate side protrusions 242a may be spaced apart in a line along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel 231b to form a plurality of first intermediate side gaps 247. Here, the length of each of the plurality of first intermediate side protrusions 242a may be shorter than the length of the first port side protrusions 241a adjacent thereto.

복수 개의 제 1 중간측 돌기(242a)는, 복수 개의 제 1 포트측 돌기(241a)와의 상대적인 위치 관계에 따라서, 제 1 메인 중간측 돌기(2421) 및 제 1 서브 중간측 돌기(2422)로 구별할 수 있다.The plurality of first middle side protrusions 242a are divided into a first main middle side protrusion 2421 and a first sub middle side protrusion 2422 according to a relative positional relationship with the plurality of first port side protrusions 241a. can do.

제 1 메인 중간측 돌기(2421)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 포트측 갭(246)을 완전히 오버랩할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 메인 중간측 돌기(2421)의 양 단부는 각각 그에 가장 인접한 제 1 포트측 갭(246)의 양 단부보다 외측에 위치할 수 있다. The first main intermediate-side protrusion 2421 may completely overlap the first port-side gap 246 that is closest when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel 231b. In other words, both ends of the first main middle-side protrusion 2421 may be located outside the both ends of the first port-side gap 246 closest thereto.

제 1 서브 중간측 돌기(2422)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 포트측 돌기(241a)에 완전히 오버랩될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 서브 중간측 돌기(2422)의 양 단부는 각각 그에 가장 인접한 제 1 포트측 돌기(241a)의 양 단부보다 내측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 서브 중간측 돌기(2422)의 길이는, 제 1 메인 중간측 돌기(2421)의 길이보다 짧을 수 있다. The first sub-middle-side protrusion 2422 may completely overlap the adjacent first port-side protrusion 241a when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel 231b. In other words, both ends of the first sub-intermediate protrusion 2422 may be located inside each end of the first port-side protrusion 241a closest thereto. For example, the length of the first sub middle side protrusion 2422 may be shorter than the length of the first main middle side protrusion 2421.

한편, 제 1 중간측 돌기(242a)가 있을 경우, 복수 개의 제 1 채널측 돌기(243a)는, 제 1 중간측 돌기(242a)와의 상대적인 위치 관계에 따라서, 제 1 메인 채널측 돌기(2431) 및 제 1 서브 채널측 돌기(2432)로 구별할 수 있다. On the other hand, when there is a first intermediate-side protrusion 242a, a plurality of first channel-side protrusions 243a, according to a relative positional relationship with the first intermediate-side protrusion 242a, the first main channel-side protrusion 2243 And a first sub-channel-side protrusion 2432.

제 1 메인 채널측 돌기(2431)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 중간측 갭(247)을 완전히 오버랩할 수 있다. 다시 말하면, 제 1 메인 채널측 돌기(2431)의 양 단부는 각각 그에 가장 인접한 제 1 중간측 갭(247)의 양 단부보다 외측에 위치할 수 있다. The first main channel-side protrusion 2431 may completely overlap the first intermediate side gap 247 when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel 231b. In other words, both ends of the first main channel-side protrusion 2431 may be located outside the both ends of the first intermediate-side gap 247, which are closest to each other.

제 1 서브 채널측 돌기(2432)는, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 중간측 돌기(242a)에 완전히 오버랩될 수 있다. 다시 말하면, 제 1 서브 채널측 돌기(2432)의 양 단부는 각각 그에 가장 인접한 제 1 중간측 돌기(242a)의 양 단부보다 내측에 위치할 수 있다. 예를 들어, 제 1 직선형 채널(231b)의 길이 방향으로 바라볼 때, 복수 개의 제 1 중간측 돌기(242a) 중 어느 하나의 제 1 중간측 돌기(242a)에, 적어도 2 이상의 제 1 서브 채널측 돌기(2432)가 오버랩될 수 있다. The first sub-channel-side protrusion 2432 may completely overlap the adjacent first intermediate-side protrusion 242a when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel 231b. In other words, both ends of the first sub-channel-side protrusion 2432 may be located inside each end of the first intermediate-side protrusion 242a closest thereto. For example, when looking in the longitudinal direction of the first straight channel 231b, at least two or more first sub-channels of the first middle side protrusion 242a of the plurality of first middle side protrusions 242a Side projections 2432 may overlap.

복수 개의 제 1 포트측 갭(246), 복수 개의 제 1 중간측 갭(247) 및 복수 개의 제 1 채널측 갭(248)의 개수는 제 1 유입부(21)로부터 제 1 반응면(23)을 향하여 갈수록 순차적으로 증가할 수 있다. 또한, 복수 개의 제 1 중간측 갭(247)의 각각의 폭은, 그에 가장 인접한 제 1 포트측 갭(246)의 폭보다 작고, 그에 가장 인접한 제 1 채널측 갭(248)의 폭보다 클 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 제 1 유입부(21)로부터 제 1 반응면(23)을 향하여 흐르는 제 1 반응 기체의 지류(支流, branch)의 수가 순차적으로 증가되면서, 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b)으로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동되게 할 수 있다.The number of the plurality of first port-side gaps 246, the plurality of first intermediate-side gaps 247, and the plurality of first channel-side gaps 248 is the first reaction surface 23 from the first inlet 21 It may increase sequentially toward. Also, the width of each of the plurality of first intermediate-side gaps 247 may be smaller than the width of the first port-side gap 246 closest thereto and larger than the width of the first channel-side gap 248 closest thereto. have. According to this structure, as the number of branches of the first reaction gas flowing from the first inlet 21 toward the first reaction surface 23 is sequentially increased, the plurality of first straight channels 231b ) Allows the first reaction gas to flow uniformly.

마찬가지로 제 1 합류부(25, 도 8 참조)는, 제 1 분지부(24)에 칭되는 형상의 복수 개의 제 1 포트측 갭, 복수 개의 제 1 중간측 갭 및 복수 개의 제 1 채널측 갭을 포함할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Similarly, the first confluence unit 25 (see FIG. 8) includes a plurality of first port-side gaps, a plurality of first intermediate-side gaps, and a plurality of first channel-side gaps called the first branch portion 24. It may include, and a detailed description thereof will be omitted.

도 11a는 도 9의 부분 확대도이고, 도 11b는 도 11a의 절개선 II-II를 따라 절개한 단면도이다. FIG. 11A is a partially enlarged view of FIG. 9, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 11A.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 복수 개의 제 2 직선형 채널(331b)은, 분리판(S)의 두께 방향으로 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b, 도 10a 및 도 10b 참조)에 서로 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 또한, 제 2 분지부(34)에 형성된 복수 개의 돌기는, 분리판(S)의 두께 방향으로 제 1 분지부(24, 도 10a 및 도 10b 참조)에 형성된 복수 개의 돌기에 서로 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 하나의 얇은 판재를 이용하여, 프레싱하는 간단한 공정을 통하여, 분리판을 형성할 수 있다.11A and 11B, the plurality of second straight channels 331b do not overlap with the plurality of first straight channels 231b (see FIGS. 10A and 10B) in the thickness direction of the separation plate S. Can be formed. Further, the plurality of protrusions formed in the second branch portion 34 are formed so as not to overlap each other with the plurality of protrusions formed in the first branch portions 24 (see FIGS. 10A and 10B) in the thickness direction of the separating plate S. Can be. According to such a structure, a separation plate can be formed through a simple process of pressing using one thin plate material.

제 2 유입부(31)는, 제 2 유입측 돌기(311a) 및 제 2 유입측 홈(311b)을 포함할 수 있다. 제 2 유입측 돌기(311a)는, 제 2 유입 포트(A_in)로 유입된 제 2 반응 기체가 다수의 갈래로 나뉘어 제 2 분지부(34)로 유동되게 할 수 있다. 여기서, 제 2 유입측 돌기(311a)는 제 1 유입측 홈(211b, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 유입측 홈(311b)은 제 1 유입측 돌기(211a)의 반대면에 형성될 수 있다.The second inlet 31 may include a second inlet side protrusion 311a and a second inlet side groove 311b. The second inlet side protrusion 311a may allow the second reaction gas flowing into the second inlet port A_in to be divided into a plurality of forks and flow to the second branch portion 34. Here, the second inlet side protrusion 311a may be formed on the opposite surface of the first inlet side groove 211b (see FIGS. 10A and 10B). Similarly, the second inlet side groove 311b may be formed on the opposite surface of the first inlet side protrusion 211a.

제 2 분지부(34)는, 복수 개의 돌기(341a, 342a, 343a)와, 복수 개의 홈(341b, 342b, 343b)과, 복수 개의 갭(346, 347, 348)을 포함할 수 있다. The second branch portion 34 may include a plurality of protrusions 341a, 342a, and 343a, a plurality of grooves 341b, 342b, and 343b, and a plurality of gaps 346, 347, and 348.

복수 개의 돌기(341a, 342a, 343a)는, (i) 제 1 포트측 홈(241b, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되며 제 2 직선형 채널(331b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 2 포트측 갭(346)을 형성하는 제 2 포트측 돌기(341a)와, (ii) 제 1 중간측 홈(242b, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되며 제 2 직선형 채널(331b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 2 중간측 갭(347)을 형성하는 제 2 중간측 돌기(342a)와, (iii) 제 1 채널측 홈(243b, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되며 제 2 직선형 채널(331b)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 일렬로 이격 배치되어 복수 개의 제 2 채널측 갭(348)을 형성하는 제 2 채널측 돌기(343a)를 포함할 수 있다.The plurality of protrusions 341a, 342a, and 343a are (i) formed on opposite surfaces of the first port-side grooves 241b, 10a and 10b, and are perpendicular to the longitudinal direction of the second straight channel 331b. A second port-side protrusion 341a spaced in a line to form a plurality of second port-side gaps 346, and (ii) the opposite of the first intermediate-side grooves 242b (see FIGS. 10A and 10B). A second intermediate-side protrusion 342a formed on the surface and spaced apart in a line along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second straight channel 331b to form a plurality of second intermediate-side gaps 347, and (iii) ) Formed on opposite surfaces of the first channel-side grooves 243b (see FIGS. 10A and 10B) and spaced apart in a line along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the second straight channel 331b, a plurality of second channel-side gaps A second channel-side protrusion 343a forming 348 may be included.

복수 개의 홈(341b, 342b, 343b)은, (i) 제 1 포트측 돌기(241a, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되는 제 2 포트측 홈(341b)과, (ii) 제 1 중간측 돌기(242a, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되는 제 2 중간측 홈(342b)과, (iii) 제 1 채널측 돌기(243a, 도 10a 및 도 10b 참조)의 반대면에 형성되는 제 1 채널측 홈(343b)을 포함할 수 있다.The plurality of grooves 341b, 342b, and 343b include (i) a second port-side groove 341b formed on the opposite surface of the first port-side protrusion 241a (see FIGS. 10A and 10B), and (ii) 1 The second intermediate side groove 342b formed on the opposite side of the middle side protrusion (242a, see FIGS. 10A and 10B), and (iii) the opposite side of the first channel side protrusion 243a (see FIGS. 10A and 10B). It may include a first channel-side groove 343b formed on the surface.

한편, 제 1 반응 기체는 공기이고, 제 2 반응 기체는 수소일 때, 공기가 유동하는 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b)의 폭은, 수소가 유동하는 복수 개의 제 2 직선형 채널(331b)의 폭보다 크게 형성될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 공기의 유량을 증가시킬 수 있으므로, 산소(O2) 및 수소(H2)의 반응 효율을 향상시킴으로써, 결과적으로 연료 전지 스택의 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, when the first reaction gas is air, and the second reaction gas is hydrogen, the width of the plurality of first straight channels 231b through which the air flows is equal to that of the plurality of second straight channels 331b through which the hydrogen flows. It can be formed larger than the width. According to such a structure, since the flow rate of air can be increased, the reaction efficiency of oxygen (O2) and hydrogen (H2) can be improved, and as a result, the efficiency of the fuel cell stack can be improved.

한편, 제 1 반응 기체는 공기이고, 제 2 반응 기체는 수소일 때, 제 1 유입부(21, 도 10a 및 도 10b 참조)로부터 제 1 분지부(24, 도 10a 및 도 10b 참조)의 복수 개의 돌기(241a, 242a, 243a) 중 가장 가까운 제 1 포트측 돌기(241a)까지의 거리는, 제 2 유입부(31)로부터 제 2 분지부(34)의 복수 개의 돌기(341a, 342a, 343a) 중 가장 가까운 제 2 포트측 돌기(341a)까지의 거리보다 가까울 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 수소보다 상대적으로 많은 유량의 공기를 공급할 때, 많은 유량이 유입되는 제 1 분지부(24)의 입구측에서 공기가 충분히 분배되지 못하여, 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b) 중 중앙 쪽으로 유입되는 문제를 효율적으로 줄여줄 수 있다. On the other hand, when the first reaction gas is air, and the second reaction gas is hydrogen, a plurality of first branch portions 24 (see FIGS. 10A and 10B) from the first inlets 21 (see FIGS. 10A and 10B). The distance from the second protrusions 241a, 242a, and 243a to the closest first port-side protrusion 241a is the plurality of protrusions 341a, 342a, 343a of the second branch 34 from the second inlet 31. It may be closer than the distance to the nearest second port-side protrusion 341a. According to this structure, when supplying air having a relatively large flow rate than hydrogen, the air is not sufficiently distributed at the inlet side of the first branch portion 24 through which a large flow rate flows, so that the plurality of first straight channels 231b It can effectively reduce the problem of entering the middle.

도 12는 실시 예에 따른 분리판의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 13은 실시 예에 따른 프레싱 단계를 나타내는 순서도이다. 12 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a separator according to an embodiment, and FIG. 13 is a flowchart illustrating a pressing step according to an embodiment.

도 12를 참조하면, 실시 예에 따른 분리판(S)의 제조 방법은, 박판을 준비하는 단계(S110) 및 프레싱하는 단계(S120)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 12, a method of manufacturing a separation plate S according to an embodiment may include preparing a thin plate (S110) and pressing (S120).

박판을 준비하는 단계(S110)는, 예를 들어, 탄소 소재에 에폭시 계열의 수지를 함침시켜 형성된 전도성을 갖는 복합 탄소 소재를 이용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 복합 탄소 소재는 에폭시 계열의 수지를 함침시킨 카본 그라파이트 복합 재료(Carbon graphite composite)일 수 있다. 일반적으로 탄소 소재를 이용할 경우 에폭시 계열의 수지를 함침시켜 가공성을 어느 정도 향상시키더라도, 프레싱 공정을 통하여 분리판을 형성할 수 없는 것으로 알려져 있다. 따라서, 프레싱 공정을 통하여 분리판을 형성하는 것은 금속 소재에 한정되어 있었다. 그러나 도 8 내지 도 11b에 도시된 것처럼 간단한 형상을 갖는 분리판의 경우, 상술한 복합 탄소 소재를 이용하여 프레싱 공정만으로 제작이 가능하다. 따라서, 실시 예에 따른 분리판은 쉽게 제조가 가능하면서도, 금속 소재의 분리판과 달리, 고온의 운전 환경에서 쉽게 부식되지 않는 장점을 갖는다.The step of preparing the thin plate (S110) may be performed using, for example, a composite carbon material having conductivity formed by impregnating an epoxy-based resin with a carbon material. For example, the composite carbon material may be a carbon graphite composite impregnated with an epoxy-based resin. In general, when a carbon material is used, it is known that even if the processability is improved to a certain extent by impregnating an epoxy-based resin, it is known that a separation plate cannot be formed through a pressing process. Therefore, forming a separator through a pressing process was limited to metal materials. However, in the case of the separation plate having a simple shape as shown in FIGS. 8 to 11B, it is possible to manufacture only the pressing process using the above-described composite carbon material. Therefore, the separator according to the embodiment can be easily manufactured, but unlike the separator made of a metal material, it has an advantage that it is not easily corroded in a high-temperature operating environment.

프레싱하는 단계(S120)는, 박판의 중앙부에, 반응면을 형성하는 단계(S121) 및 돌기를 형성하는 단계(S122)를 포함할 수 있다. The pressing (S120) may include forming a reaction surface (S121) and forming a protrusion (S122) in the center of the thin plate.

반응면을 형성하는 단계(S121)는, 복수 개의 평행한 제 1 직선형 채널(231b)을 포함하는 제 1 반응면(23)을 형성하는 단계와, 제 1 반응면(23)의 반대편 면에, 복수 개의 평행한 제 2 직선형 채널(331b)을 포함하는 제 2 반응면(33)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The forming of the reaction surface (S121) includes forming a first reaction surface 23 including a plurality of parallel first straight channels 231b, and opposite surfaces of the first reaction surface 23, And forming a second reaction surface 33 including a plurality of parallel second straight channels 331b.

돌기를 형성하는 단계(S122)는, 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b)의 입구부 또는 출구부에 제 1 직선형 채널(231b)에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 돌기를 형성하는 단계와, 복수 개의 제 2 직선형 채널(331b)의 입구부 또는 출구부에 제 2 직선형 채널(331b)에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 돌기를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the protrusion (S122) is to form a plurality of first protrusions having a long shape in a direction orthogonal to the first linear channel 231b at the inlet or outlet of the plurality of first straight channels 231b. The method may include forming a plurality of second protrusions having a long shape in a direction orthogonal to the second straight channel 331b at the inlet or outlet of the plurality of second straight channels 331b.

한편, 도 13에 도시한 것은 일 실시 예에 불과하며, 단계 S121 및 단계 S122의 순서는 제한되지 않는다. 예를 들면, 단계 S121 및 단계 S122는 동시에 수행될 수도 있다. Meanwhile, the one illustrated in FIG. 13 is only an example, and the order of steps S121 and S122 is not limited. For example, steps S121 and S122 may be performed simultaneously.

예를 들어, 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b) 및 복수 개의 제 2 돌기(341a, 342a, 343a 등)는, 준비된 박판을 일 방향으로 가압함으로써 동시에 형성될 수 있다. For example, the plurality of first straight channels 231b and the plurality of second protrusions 341a, 342a, and 343a may be simultaneously formed by pressing the prepared thin plate in one direction.

예를 들어, 복수 개의 제 2 직선형 채널(331b) 및 복수 개의 제 1 돌기(241a, 242a, 243a 등)는, 복수 개의 제 1 직선형 채널(231b) 및 복수 개의 제 2 돌기(341a, 342a, 343a 등)와 서로 중첩되지 않는 위치에서, 준비된 박판을 상기 일 방향의 반대 방향으로 가압함으로써 동시에 형성될 수 있다. For example, the plurality of second straight channels 331b and the plurality of first protrusions 241a, 242a, and 243a may include a plurality of first straight channels 231b and a plurality of second protrusions 341a, 342a, and 343a. And the like), the prepared thin plates may be formed simultaneously by pressing in the opposite direction of the one direction.

나아가, 준비된 박판을 양 방향으로 동시에 가압함으로써, 제 1 직선형 채널(231b), 제 2 직선형 채널(331b), 제 1 돌기(241a, 242a, 243a 등) 및 제 2 돌기(341a, 342a, 343a 등)를 모두 동시에 형성하는 것도 가능함을 밝혀 둔다.Furthermore, by simultaneously pressing the prepared thin plates in both directions, the first straight channel 231b, the second straight channel 331b, the first projections 241a, 242a, 243a, etc., and the second projections 341a, 342a, 343a, etc. It turns out that it is also possible to form all of them simultaneously.

이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and / or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

Claims (20)

제 1 반응 기체를 유입받는 제 1 유입부와, 제 1 반응 기체를 토출하는 제 1 토출부와, 제 1 유입부 및 제 1 토출부 사이에 위치하는 제 1 반응면과, 제 2 반응 기체를 유입받는 제 2 유입부와, 제 2 반응 기체를 토출하는 제 2 토출부와, 제 2 유입부 및 제 2 토출부 사이에 위치하는 제 2 반응면을 포함하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판에 있어서,
상기 제 1 반응면은 상기 제 1 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 1 직선형 채널을 포함하고,
상기 제 1 유입부 및 제 1 반응면 사이에는, 각각 상기 제 1 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 돌기를 통하여, 상기 제 1 반응 기체를 상기 제 1 유입부로부터 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 균일하게 분지시키는 제 1 분지부가 배치되고,
상기 제 2 반응면은 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널과 평행하고, 상기 제 2 반응 기체가 유동하는 복수 개의 제 2 직선형 채널을 포함하고,
상기 제 2 유입부 및 제 2 반응면 사이에는, 각각 상기 제 2 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 돌기를 통하여, 상기 제 2 반응 기체를 상기 제 2 유입부로부터 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 균일하게 분지시키는 제 2 분지부가 배치되고,
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널은 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않고,
상기 제 1 분지부의 복수 개의 돌기 및 상기 제 2 분지부의 복수 개의 돌기는 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The first inlet receiving the first reaction gas, the first discharge part for discharging the first reaction gas, the first reaction surface positioned between the first inlet part and the first discharge part, and the second reaction gas A separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell comprising a second inlet to receive, a second outlet to discharge a second reaction gas, and a second reaction surface positioned between the second inlet and the second outlet. In,
The first reaction surface includes a plurality of first straight channels through which the first reaction gas flows,
Between the first inlet and the first reaction surface, through the plurality of protrusions each having an elongated shape in a direction orthogonal to the first straight channel, the first reactant gas is discharged from the first inlet to the plurality of agents. 1, a first branch portion is arranged to branch uniformly into a straight channel,
The second reaction surface is parallel to the plurality of first straight channels, and includes a plurality of second straight channels through which the second reaction gas flows,
Between the second inlet and the second reaction surface, through the plurality of protrusions each having an elongated shape in a direction orthogonal to the second straight channel, the second reactant gas is removed from the second inlet through the plurality of agents. 2 A second branching part that is uniformly branched with a straight channel is arranged,
The plurality of first straight channels and the plurality of second straight channels do not overlap each other in the thickness direction of the separation plate,
The plurality of protrusions of the first branch portion and the plurality of protrusions of the second branch portion do not overlap with each other in the thickness direction of the separation plate.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 분지부는,
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 제 1 유입부에 인접하게 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 포트측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 포트측 돌기; 및
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 제 1 포트측 돌기보다 상기 제 1 반응면에 인접하게 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 채널측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 채널측 돌기를 포함하고,
상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기의 각각의 길이는 그에 가장 인접한 제 1 포트측 돌기의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 1,
The first branch,
A plurality of first port-shaped gaps are formed adjacent to the first inlet part based on the lengthwise direction of the first straight channel and are spaced apart in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel. A first port side projection; And
A plurality of first channels are formed adjacent to the first reaction surface, and spaced apart in a direction perpendicular to the lengthwise direction of the first linear channel, based on the longitudinal direction of the first linear channel. And a plurality of first channel side protrusions forming a side gap,
A separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, wherein each of the plurality of first channel-side protrusions is shorter than the length of the first port-side protrusion nearest thereto.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 채널측 갭의 폭은 일정한 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 2,
A separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, wherein the width of the plurality of first channel side gaps is constant.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 포트측 돌기의 길이는, 상기 제 1 유입부의 중심으로부터 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 2,
The length of the plurality of first port-side protrusions, the separation plate for a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell characterized in that it decreases as it moves away from the center of the first inlet portion in a direction perpendicular to the lengthwise direction of the first straight channel.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 포트측 갭의 폭은, 상기 제 1 유입부의 중심으로부터 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 멀어질수록 감소하는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 2,
The width of the plurality of first port-side gaps, the separation plate for a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, characterized in that the distance away from the center of the first inlet portion in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first straight channel.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 분지부는,
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향을 기준으로 상기 복수 개의 제 1 포트측 돌기 및 상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기 사이에 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향에 수직한 방향으로 이격 배치되어 복수 개의 제 1 중간측 갭을 형성하는 복수 개의 제 1 중간측 돌기를 더 포함하고,
상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기의 각각의 길이는 그에 인접한 제 1 포트측 돌기의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 2,
The first branch,
It is formed between the plurality of first port-side protrusions and the plurality of first channel-side protrusions based on the longitudinal direction of the first linear channel, and is spaced apart in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first linear channel. Further comprising a plurality of first intermediate side protrusions forming the first intermediate side gaps,
A separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, wherein each of the plurality of first intermediate-side protrusions is shorter than the length of the first port-side protrusion adjacent thereto.
제 6 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 포트측 갭, 복수 개의 제 1 중간측 갭 및 복수 개의 제 1 채널측 갭의 개수는 상기 제 1 유입부로부터 상기 제 1 반응면을 향하여 갈수록 순차적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The method of claim 6,
The number of the plurality of first port-side gaps, the plurality of first intermediate-side gaps, and the plurality of first channel-side gaps increases sequentially from the first inlet toward the first reaction surface. Separator for polymer electrolyte membrane fuel cells.
제 6 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 중간측 갭의 각각의 폭은, 그에 가장 인접한 제 1 포트측 갭의 폭보다 작고, 그에 가장 인접한 제 1 채널측 갭의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The method of claim 6,
Separation for the high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, characterized in that each width of the plurality of first intermediate-side gaps is smaller than the width of the first port-side gap nearest thereto and larger than the width of the first channel-side gap adjacent thereto. plate.
제 6 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기는,
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 포트측 갭을 완전히 오버랩하는 제 1 메인 중간측 돌기; 및
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 포트측 돌기에 완전히 오버랩되는 제 1 서브 중간측 돌기를 포함하고,
상기 제 1 메인 중간측 돌기의 길이보다 상기 제 1 서브 중간측 돌기의 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The method of claim 6,
The plurality of first intermediate side projections,
A first main middle side protrusion completely overlapping the first port side gap closest when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel; And
And a first sub-middle side protrusion completely overlapping the adjacent first port side protrusion when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel,
Separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, characterized in that the length of the first sub-middle side protrusion is shorter than the length of the first main middle-side protrusion.
제 6 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 채널측 돌기는,
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 가장 인접한 제 1 중간측 갭을 완전히 오버랩하는 제 1 메인 채널측 돌기; 및
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때 인접한 제 1 중간측 돌기에 완전히 오버랩되는 제 1 서브 채널측 돌기를 포함하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The method of claim 6,
The plurality of first channel-side protrusions,
A first main channel side protrusion completely overlapping the first intermediate side gap closest when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel; And
A separator for a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell including a first sub-channel-side protrusion that completely overlaps an adjacent first intermediate-side protrusion when viewed in the longitudinal direction of the first straight channel.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 11 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 직선형 채널의 길이 방향으로 바라볼 때, 상기 복수 개의 제 1 중간측 돌기 중 어느 하나의 제 1 중간측 돌기에, 적어도 2 이상의 제 1 서브 채널측 돌기가 오버랩되는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
The method of claim 10,
When viewed in the longitudinal direction of the first straight channel, a high temperature polymer, characterized in that at least two or more first sub-channel-side protrusions overlap with any one of the plurality of first intermediate-side protrusions. Separator for electrolyte membrane fuel cells.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 12 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유입부는,
상기 제 1 반응 기체가 다수의 갈래로 나뉘어 상기 제 1 분지부로 유동되게 하는 복수 개의 제 1 유입측 돌기를 포함하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 1,
The first inlet,
A separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, comprising a plurality of first inlet projections for dividing the first reaction gas into a plurality of forks to flow to the first branch.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반응 기체는 공기이고, 상기 제 2 반응 기체는 수소이고,
상기 공기가 유동하는 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 폭은, 상기 수소가 유동하는 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 1,
The first reaction gas is air, and the second reaction gas is hydrogen,
The width of the plurality of first straight channels through which the air flows is larger than the width of the plurality of second straight channels through which the hydrogen flows.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 15 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 반응 기체는 공기이고, 상기 제 2 반응 기체는 수소이고,
상기 제 1 유입부로부터 상기 제 1 분지부의 복수 개의 돌기 중 가장 가까운 돌기까지의 거리는, 상기 제 2 유입부로부터 상기 제 2 분지부의 복수 개의 돌기 중 가장 가까운 돌기까지의 거리보다 가까운 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판.
According to claim 1,
The first reaction gas is air, and the second reaction gas is hydrogen,
The distance from the first inlet portion to the closest protrusion among the plurality of protrusions of the first branch portion is closer than the distance from the second inlet portion to the closest protrusion among the plurality of protrusions of the second branch portion. Separator for high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell.
복수 개의 분리판과, 복수 개의 분리판 사이에 각각 배치되는 복수 개의 막 전극 접합체를 포함하는 복수 개의 셀 유닛; 및
상기 복수 개의 셀 유닛의 상면에 각각 배치되는 복수 개의 제 1 독립형 냉각판과, 상기 복수 개의 셀 유닛의 하면에 각각 배치되는 복수 개의 제 2 독립형 냉각판을 포함하는 냉각 어셈블리를 포함하고,
상기 복수 개의 분리판은 각각,
복수 개의 제 1 직선형 채널을 구비하는 제 1 반응면;
상기 제 1 반응면에 반대편 면에 위치하고, 복수 개의 제 2 직선형 채널을 구비하는 제 2 반응면;
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동하도록 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 형성되고, 상기 제 1 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 돌기; 및
상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 제 2 반응 기체가 균일하게 유동하도록 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 형성되고, 상기 제 2 직선형 채널에 직교한 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 돌기를 포함하고,
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널은 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않고,
상기 복수 개의 제 1 돌기 및 상기 복수 개의 제 2 돌기는 상기 분리판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지 스택.
A plurality of cell units including a plurality of separator plates and a plurality of membrane electrode assemblies respectively disposed between the plurality of separator plates; And
And a cooling assembly including a plurality of first independent cooling plates disposed on upper surfaces of the plurality of cell units, and a plurality of second independent cooling plates disposed on lower surfaces of the plurality of cell units, respectively.
Each of the plurality of separation plates,
A first reaction surface having a plurality of first straight channels;
A second reaction surface located on the opposite side to the first reaction surface and having a plurality of second straight channels;
It is formed on the inlet or outlet of the plurality of first linear channels so that a first reaction gas flows uniformly to the plurality of first linear channels, and has a plurality of elongated shapes in a direction orthogonal to the first linear channel. First projection; And
It is formed on the inlet or outlet of the plurality of second straight channels so that a second reaction gas flows uniformly to the plurality of second straight channels, and a plurality of shapes having a long shape in a direction orthogonal to the second straight channels. Includes a second projection,
The plurality of first straight channels and the plurality of second straight channels do not overlap each other in the thickness direction of the separation plate,
The high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell stack, characterized in that the plurality of first protrusions and the plurality of second protrusions do not overlap with each other in the thickness direction of the separation plate.
박판을 준비하는 단계;
박판의 중앙부에, 복수 개의 평행한 제 1 직선형 채널을 포함하는 제 1 반응면을 형성하는 단계;
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널로 제 1 반응 기체가 균일하게 유동하도록, 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 상기 제 1 직선형 채널에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 1 돌기를 형성하는 단계;
상기 제 1 반응면의 반대편 면에, 복수 개의 평행한 제 2 직선형 채널을 포함하는 제 2 반응면을 형성하는 단계; 및
상기 복수 개의 제 2 직선형 채널로 제 2 반응 기체가 균일하게 유동하도록, 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널의 입구부 또는 출구부에 상기 제 2 직선형 채널에 직교하는 방향으로 긴 형상을 갖는 복수 개의 제 2 돌기를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 직선형 채널은 상기 박판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않고,
상기 복수 개의 제 1 돌기 및 상기 복수 개의 제 2 돌기는 상기 박판의 두께 방향으로 서로 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판을 제조하는 방법.
Preparing a thin plate;
Forming a first reaction surface including a plurality of parallel first straight channels in a central portion of the thin plate;
A plurality of first having a long shape in a direction orthogonal to the first linear channel at an inlet or an outlet of the plurality of first linear channels so that a first reaction gas flows uniformly to the plurality of first linear channels. Forming a projection;
Forming a second reaction surface including a plurality of parallel second straight channels on a surface opposite to the first reaction surface; And
A plurality of second having a long shape in a direction orthogonal to the second linear channel at the inlet or outlet of the plurality of second linear channels so that a second reaction gas flows uniformly to the plurality of second linear channels. Forming a protrusion,
The plurality of first straight channels and the plurality of second straight channels do not overlap each other in the thickness direction of the thin plate,
A method of manufacturing a separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, wherein the plurality of first protrusions and the plurality of second protrusions do not overlap each other in the thickness direction of the thin plate.
삭제delete 제 17 항에 있어서,
상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 돌기는, 박판을 일 방향으로 가압함으로써 동시에 형성되고,
상기 복수 개의 제 2 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 1 돌기는, 상기 복수 개의 제 1 직선형 채널 및 상기 복수 개의 제 2 돌기와 서로 중첩되지 않는 위치에서, 상기 박판을 상기 일 방향의 반대 방향으로 가압함으로써 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판을 제조하는 방법.
The method of claim 17,
The plurality of first straight channels and the plurality of second protrusions are formed simultaneously by pressing the thin plate in one direction,
The plurality of second straight channels and the plurality of first protrusions are simultaneously pressed by pressing the thin plate in the opposite direction of the one direction at positions not overlapping each other with the plurality of first linear channels and the plurality of second protrusions. Method for manufacturing a separator for a high temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, characterized in that formed.
제 17 항에 있어서,
상기 박판을 준비하는 단계는,
탄소 소재에 에폭시 계열의 수지를 함침시켜 형성된 전도성을 갖는 복합 탄소 소재를 이용하는 것을 특징으로 하는 고온 고분자 전해질 막 연료 전지용 분리판을 제조하는 방법.
The method of claim 17,
The step of preparing the thin plate,
Method for manufacturing a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell separator, characterized by using a composite carbon material having conductivity formed by impregnating an epoxy-based resin with a carbon material.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326087B1 (en) 2021-06-24 2021-11-12 한국기계연구원 Performance improved separator by adjusting flow pattern for fuel cell and fuel cell including the same

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112316569A (en) * 2020-10-15 2021-02-05 东风汽车集团有限公司 Fuel cell gas-liquid separator with adjustable separation efficiency
DE102020128270A1 (en) 2020-10-28 2022-04-28 Audi Aktiengesellschaft Fuel cell stack, fuel cell device and motor vehicle with a fuel cell device
EP4191716A1 (en) * 2021-12-02 2023-06-07 AVL List GmbH Plate device for a fuel stack and fuel cell device comprising the same
DE102021214297B4 (en) * 2021-12-14 2023-08-17 Vitesco Technologies GmbH Bipolar plate for a fuel cell stack

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100563226B1 (en) * 2004-08-10 2006-03-21 한국생산기술연구원 Bipolar-Plate for Fuel Cell
KR20160082868A (en) * 2014-12-29 2016-07-11 금오공과대학교 산학협력단 carbon composite for polymer electrolyte membrane fuel cell and the preparing method thereof
CN105870477A (en) * 2016-06-08 2016-08-17 江苏耀扬新能源科技有限公司 Fuel cell bipolar plate
KR101768128B1 (en) * 2016-02-16 2017-08-16 한국에너지기술연구원 High-temperature polymer electrolyte memberance fuel cell stack having independent cooling plate and method of producing thereof

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10172594A (en) * 1996-12-05 1998-06-26 Tokyo Gas Co Ltd Method and device for distributing introduced gas to solid electrolyte fuel cell of flat plate type
JP4857723B2 (en) * 2005-11-16 2012-01-18 株式会社日立製作所 Fuel cell
JP5082312B2 (en) * 2006-07-12 2012-11-28 日産自動車株式会社 Fuel cell separator structure
JP4733237B2 (en) * 2009-09-16 2011-07-27 パナソニック株式会社 Polymer electrolyte fuel cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100563226B1 (en) * 2004-08-10 2006-03-21 한국생산기술연구원 Bipolar-Plate for Fuel Cell
KR20160082868A (en) * 2014-12-29 2016-07-11 금오공과대학교 산학협력단 carbon composite for polymer electrolyte membrane fuel cell and the preparing method thereof
KR101768128B1 (en) * 2016-02-16 2017-08-16 한국에너지기술연구원 High-temperature polymer electrolyte memberance fuel cell stack having independent cooling plate and method of producing thereof
CN105870477A (en) * 2016-06-08 2016-08-17 江苏耀扬新能源科技有限公司 Fuel cell bipolar plate

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326087B1 (en) 2021-06-24 2021-11-12 한국기계연구원 Performance improved separator by adjusting flow pattern for fuel cell and fuel cell including the same

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